JP2000205204A

JP2000205204A - スプ―ル型方向切換弁パイロットシステム

Info

Publication number: JP2000205204A
Application number: JP11004273A
Authority: JP
Inventors: Shuji Ohira; 修司大平; Hiroshi Watanabe; 洋渡邊; Hiroshi Ogura; 弘小倉; Masakazu Haga; 正和羽賀; Sadahisa Tomita; ▲禎▼久冨田; Toshihiro Kimura; 敏宏木村; Wataru Otsu; 渉大津; Hiroshi Matsuzaki; 浩松崎
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1999-01-11
Filing date: 1999-01-11
Publication date: 2000-07-25
Anticipated expiration: 2019-01-11
Also published as: JP3788877B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高速応答で、大流量を流すことが可能であると
ともに、パイロット圧力の制御精度が高く、しかも、安
価なスプール型方向切換弁パイロットシステムを提供す
ることにある。【解決手段】流体の方向を切り換えるメインスプール８
０の両端部の圧力室８２，８４とパイロット圧力を供給
するパイロットポンプ５０の間には、電磁比例弁３０，
３２と、電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁４０，４２とが配置されて
いる。コントローラ２０は、操作レバー１０からの信号
に応じて電磁比例弁３０，３２及び電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁
４０，４２を駆動する。また、電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁４
０，４２とパイロット圧力室８２，８４の間にチェック
弁６０，６２が配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スプール型方向切
換弁パイロットシステムに係り、特に、電磁比例弁を用
いたスプール型方向切換弁パイロットシステムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の電磁比例弁を用いたスプール型方
向切換弁パイロットシステムとしては、例えば、特開平
８−２１０３０５号公報や特開平８−２０９７５１号公
報に記載されているものがある。これらの公知のシステ
ムでは、制御装置からの信号により電磁比例弁を駆動
し、指令値に応じた圧力を発生させ、この圧力をメイン
スプールの両端の圧力室に供給して、スプール型方向切
換弁の方向を切り換えるようにしている。

【０００３】また、特開平５−１９５５４６号公報に
は、電気レバー変位相当の信号にレバー速度相当の信号
を上乗せすることにより、スプール型方向切換弁パイロ
ットシステムの応答性を改善する方法が記載されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
８−２１０３０５号公報や特開平８−２０９７５１号公
報に記載されている電磁比例弁を用いたスプール型方向
切換弁では、切換速度が遅いという問題があった。切換
速度が遅い理由は、レバー信号が入力されてから圧力が
発生するまでの無駄時間と、パイロット圧力が上昇し目
標圧力になるまでの立ち上がり時間があるためである。
圧力発生までの無駄時間は、ソレノイドの励磁にかかる
時間、電磁比例弁内のコントロールスプールの移動時間
であり、これらはソレノイドそのものの特性である。ま
た、圧力の立ち上がりの遅れは、電磁比例弁の圧力特性
である。即ち、電磁比例弁ではメカニカルな圧力フィー
ドバックを行っているため、圧力の上昇具合は電磁比例
弁の圧力特性で決まってくる。従って、差圧が大きいと
き電磁比例弁はフルオープンとなり圧力上昇とともに絞
られ始める。しかし、方向切り替え弁のようにメインス
プールが移動する場合は、圧力室の容積がスプールの移
動とともに大きくなり、圧力上昇は鈍く、電磁比例弁の
流すことができる最大流量が足りなくなるからである。

【０００５】また、特開平５−１９５５４６号公報に記
載されている方法では、レバー速度を検出した後制御信
号を形成するようにしているため、後追い制御となり、
応答性が充分でないという問題があった。特に、アクチ
ュエータに大流量を流す大型のスプール型方向切り替え
弁ではスプール径を大きくする必要があり、スプールが
移動する体積，即ち、パイロット圧力室への流量が増え
るため、小型のスプール型方向切り替え弁に比べて立ち
上がりの応答が著しく遅れるものであった。

【０００６】これらの問題に対して、例えば、高速応答
で大流量を流すことのできる電磁比例弁を用いる方法も
考えられるが、このような電磁比例弁は高価なものであ
り、実用的でないものである。

【０００７】また、高価な電磁比例弁に代えて電磁ＯＮ
／ＯＦＦ弁を用いる方法も考えられる。電磁ＯＮ／ＯＦ
Ｆ弁は、安価であり、高速応答で大流量を流すことが可
能であるが、パイロット室の圧力を制御するためには、
ＰＷＭ（Pluse Width Modulation：パルス幅変調）等の
制御が必要であるとともに、ＰＷＭ方式の電磁ＯＮ／Ｏ
ＦＦ弁では、パイロット圧力の制御精度が低いものであ
る。

【０００８】本発明の目的は、高速応答で、大流量を流
すことが可能であるとともに、パイロット圧力の制御精
度が高く、しかも、安価なスプール型方向切換弁パイロ
ットシステムを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明は、流体の方向を切り換えるメインス
プールと、このメインスプールの両端部の圧力室とパイ
ロット圧力を供給するパイロットポンプの間に配置され
た電磁比例弁と、電気レバー装置からの信号に応じて前
記電磁比例弁を駆動する制御手段とを有するスプール型
方向切換弁パイロットシステムにおいて、前記パイロッ
トポンプと前記メインスプールのパイロット圧力室の間
に、前記電磁比例弁に対して並列に電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁
を配置し、前記制御手段は、前記電気レバー装置からの
信号が変化したとき一時的に前記電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁を
駆動するようにしたものである。かかる構成により、電
気レバー装置からの信号が変化したとき一時的に前記電
磁ＯＮ／ＯＦＦ弁を駆動するようにしているので、パイ
ロット圧力室への流量が増えた場合でも、高速応答で大
流量を流すことにより、応答性を向上させることがで
き、また、電磁比例弁を駆動して、操作レバーの信号に
比例してパイロット圧力の制御精度を高くしてスプール
型方向切換弁の切換も行い得るとともに、安価に構成し
得るものとなる。

【００１０】（２）上記（１）において、好ましくは、
さらに、前記電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁と前記パイロット圧力
室の間に逆流防止弁を設けるようにしたものである。か
かる構成により、電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁が閉位置にあると
き、電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁からのリークを防止し得るもの
となる。

【００１１】（３）上記（１）において、好ましくは、
前記制御手段は、前記電気レバー装置の操作レバーの操
作速度に基づいて前記電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁の駆動時間を
計算し、この時間だけ前記電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁を駆動す
るようにしたものである。かかる構成により、操作レバ
ーの操作速度に応じて、操作速度が大きいときは電磁Ｏ
Ｎ／ＯＦＦ弁の駆動時間が長くすることにより、大流量
を流すことができ、応答性を向上し得るものとなる。

【００１２】（４）上記（１）において、好ましくは、
前記制御手段は、前記電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁を一定時間駆
動するようにしたものである。かかる構成により、電磁
ＯＮ／ＯＦＦ弁を駆動時間は一定時間であるため、操作
レバーの角度の変化量に対応するような駆動時間の演算
処理が不要となり、制御装置の処理が容易となる。

【００１３】（５）上記（１）において、好ましくは、
前記制御手段は、前記操作レバーの操作速度が一定以上
のとき、前記電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁を駆動するようにした
ものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図９を用いて、本発
明の一実施形態によるスプール型方向切換弁パイロット
システムの構成及び動作について説明する。最初に、図
１を用いて、本実施形態によるスプール型方向切換弁パ
イロットシステムの構成について説明する。

【００１５】電気レバー装置１０のレバー１２を操作す
ると、レバー１２の操作量に応じた操作信号が出力し、
コントローラ２０に入力する。コントローラ２０は、電
気レバー装置１０からの操作信号を元に流体の流れる方
向と流量を計算し、電磁比例弁３０，３２及び電磁ＯＮ
／ＯＦＦ弁４０，４２に、指令値（電流値或いは電圧
値）を出力する。電磁比例弁３０，３２と電磁０Ｎ／０
ＦＦ弁４０，４２は、パイロットポンプ５０とタンク５
２につながっており、コントローラ２０からの指令値に
応じて２次側に圧力を発生させる。電磁比例弁３０，３
２は、指令値に比例した圧力を発生させる。電磁０Ｎ／
０ＦＦ弁４０，４２は、オンとオフだけの操作である。

【００１６】電磁比例弁３０の２次側と電磁０Ｎ／０Ｆ
Ｆ弁４０の２次側は、パイロット用ホース７０，７２に
よって、メインスプール８０の一端のパイロット室８２
につながっている。また、電磁比例弁３２の２次側と電
磁０Ｎ／０ＦＦ弁４２の２次側は、パイロット用ホース
７４，７６によって、メインスプール８０の他端のパイ
ロット室８４につながっている。

【００１７】電磁０Ｎ／０ＦＦ弁４０，４２の２次側に
は、それぞれ、逆流防止弁であるチェック弁６０，６２
が取付けられており、電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁４０，４２が
未操作の場合、パイロット圧力室がタンク５２に連通す
ることを防いでいる。

【００１８】本実施形態においては、上記のように、電
磁比例弁３０，３２の他に、電磁比例弁３０，３２に並
列に接続された電磁０Ｎ／０ＦＦ弁４０，４２を備える
ようにしている。その目的は、電磁比例弁３０，３２の
無駄時間や圧力応答の遅れを、補正するためである。電
磁ＯＮ／ＯＦＦ弁４０，４２は、電磁比例弁３０，３２
の２次側の圧力の立ち上がり時にだけオンし、流量を流
すものであり、電磁比例弁３０，３２の２次側が圧力目
標圧力に近づくと電磁比例弁３０，３２のみによって圧
力を制御するようにしている。なお、電磁比例弁３０，
３２及び電磁０Ｎ／０ＦＦ弁４０，４２の制御の詳細に
ついては、図３を用いて後述する。

【００１９】次に、図２を用いて、本実施形態に用いる
コントローラ２０の構成について説明する。コントロー
ラ２０は、ＲＡＭ２１と、ＲＯＭ２２と、ＣＰＵ２３
と、Ａ／Ｄボード２４と、Ｄ／Ａボード２５と、これら
を接続する共通バス２６と、ＡＭＰ２７とから構成され
ている。

【００２０】電気レバー装置１０から入力する操作信号
は、Ａ／Ｄボード２４によってディジタル信号に変換さ
れ、ＲＡＭ２１に一時的に格納される。また、ＲＡＭ２
１には、プログラム実行時に必要なデータが格納され
る。ＣＰＵ２３は、ＲＯＭ２２に格納された制御演算に
必要なプログラムを実行して、電気レバー装置１０から
入力した操作信号に基づいて、電磁比例弁３０，３２及
び電磁０Ｎ／０ＦＦ弁４０，４２に対する指令値を演算
する。演算された指令値は、Ｄ／Ａボード２５によって
アナログ信号に変換された後、ＡＭＰ２７によって、電
磁比例弁３０，３２或いは電磁０Ｎ／０ＦＦ弁４０，４
２の信号レベルに変換され、電磁比例弁３０，３２或い
は電磁０Ｎ／０ＦＦ弁４０，４２に出力される。各デー
タ，プログラムのやり取りは、共通バス２６を介して行
われる。

【００２１】次に、図３〜図８を用いて、本実施形態に
用いるコントローラ２０の制御処理について説明する。
最初に、図３に示すフローチャートを用いて、コントロ
ーラ２０の制御処理の流れについて説明する。

【００２２】電磁弁の制御処理がスタートすると、最初
に、設定が必要なパラメータは書き込まれている。ステ
ップ１１０において、コントローラ２０は、現在の電気
レバー装置１０のレバー１２のレバー角度θ１を検出す
る。レバー角度θ１は、エンコーダやポテンショ等で検
出することができる。本実施形態においては、ポテンシ
ョを用いて検出するものとして、レバー中立位置をポテ
ンショ信号ＯＶの時とし、電気レバー装置１０のレバー
１２を＋側に動かした場合は正の信号を、レバー１２を
−側に倒した場合は負の信号が出力する。ここでは、レ
バー角度θ１を符号付きで読みとる。

【００２３】次に、ステップ１２０において、前回のレ
バー角度θ０と、ステップ１００において検出された現
在のレバー角度θ１に基づいて、レバー１２の単位時間
辺りの変位量Δθを計算する。レバーの変位量Δθは、
Δθ＝θ１−θ０として計算する。

【００２４】次に、ステップ１３０において、電磁０Ｎ
／ＯＦＦ弁の出力処理を実行する。

【００２５】出力処理としては、ステップ１３２におい
て、電磁０Ｎ／ＯＦＦ弁４０，４２の出力時間ｔ＿ｏｎ
を決める。出力時間ｔ＿ｏｎは、レバー１２の変位量Δ
θ（即ち、レバー１２の操作速度）の関数となり、ｔ＿
ｏｎ＝ｆ（Δθ）として求める。

【００２６】ここで、図４〜図７を用いて、関数ｆを求
める方法について説明する。図４は、レバー角度θと電
磁弁出力Ｖｐの関係を示している。本実施形態において
は、電磁比例弁３０は、レバー角度θが負の時、電磁弁
出力Ｖｐは出力０に保持し、レバー角度θが正の時、レ
バー角度θに対して電磁弁出力Ｖｐがリニアとなる特性
を持たせている。電磁比例弁３２は、電磁比例弁３０と
は逆の特性を有しており、レバー角度θが正の時、電磁
弁出力Ｖｐは出力０に保持し、レバー角度θが負の時、
レバー角度θに対して電磁弁出力Ｖｐがリニアとなる特
性を持たせている。

【００２７】次に、図５は、レバー角度θとパイロット
圧力Ｐｐの関係を示している。電磁比例弁の出力Ｖｐと
パイロット圧力Ｐｐは、静的にはリニアな関係になるた
め、図４に示した特性に基づいて、図５に示すように書
き換えることができる。パイロット圧力Ｐｐとレバー角
度θとの関係は、図示するように、不感帯を有してい
る。ここで、レバー角度θ０に相当するパイロット圧力
はＰ０であり、レバー角度θ１に相当するパイロット圧
力はＰ１である。例えば、前回のレバー角度がθ０であ
り、今回のレバー角度をθ１とすると、パイロット圧力
はＰ０からＰ１まで加圧すればよいことになる。

【００２８】次に、図６は、パイロット圧Ｐｐとメイン
スプール８０の変位量ｘを示している。メインスプール
８０はバネます系であるので、静的にはリニアであるが
クラッキング圧力が作用しているため、線形にはならな
いものである。例えば、前回のパイロット圧力がＰ０で
あり、今回のパイロット圧力がＰ１とすると、メインス
プールの変位ｘは、Ｘ０からＸ１まで変位させればよい
ことになる。

【００２９】ここで、メインスプールの変位量ｘが分か
れば、そこに必要となる総流量，即ち、変位による体積
が求められる。体積をＶｏ１とし、メインスプール８０
の断面積をＡｓとし、前回のメインスプールの変位Ｘ０
と、今回のメインスプールの変位Ｘ１とから、Ｖｏ１＝Ａｓ×（Ｘ１−Ｘ０）として、求められる。

【００３０】一方、図７は、電磁０Ｎ／ＯＦＦ弁４０，
４２を開いたときの流量特性を示している。電磁０Ｎ／
ＯＦＦ弁４０，４２を開いたとき、パイロット圧力室８
２，８４に流入する流入体積Ｃは時間ｔと共に、図示す
るように、暫次増加するので、スプールがＸ０からＸ１
まで移動するのに必要な流量Ｖｏｌは、流れ込む時間ｔ
として求めることができる。

【００３１】以上のようにして、ステップ１３２におい
て、レバーの変位量Δθから、電磁０Ｎ／ＯＦＦ弁４
０，４２の出力時間ｔ＿ｏｎを決めることができる。な
お、図７に示した流量特性は、スプールに外乱が加わら
ない場合の時間と容積の関係であり、実際のコントロー
ルバルブでは通油しているためフローフォースが働き、
もう少し長い時間が必要となる。また、フローフォース
は、メインのスプールを押し戻す方向に働くため、目標
指令値より少な目の移動量になる。図７を用いて求める
時間ｔは厳密でなくても良く、最終圧力は電磁比例弁３
０，３２によって調整するようにしている。

【００３２】次に、図３に戻り、ステップ１３３〜１３
６において、電磁０Ｎ／ＯＦＦ弁４０，４２のどちらに
出力するかを決める。すなわち、電磁０Ｎ／ＯＦＦ弁４
０，４２は、圧力信号立ち上がりに対して有効に働くよ
うに設定される。具体的には、ステップ１３３におい
て、レバー角θ１の符号が正か否かを確認して、正であ
ればステップ１３５に進み、正でなければステップ１３
４に進む。さらに、ステップステップ１３４において、
レバー角θ１の符号が負か否かを確認して、負であれば
ステップ１３６に進み、負でなければステップ１４０に
進む。

【００３３】レバー角θ１が正の場合は、オペレータが
レバーを＋側の領域で操作している状況を表している。
そこで、ステップ１３５において、レバー変位量Δθが
正か否かを確認し、正であればステップ１３７に進み、
そうでなければステップ１４０に進む。

【００３４】レバー変位量Δθが正の場合には、オペレ
ータはレバーをさらに＋側に押し込んでいる最中であ
る。そこで、ステップ１３７において、ステップ１３２
において求めた電磁０Ｎ／ＯＦＦ弁の出力時間ｔ＿ｏｎ
に基づいて、電磁０Ｎ／ＯＦＦ弁４０に指令電圧Ｖを出
力する。この状態は、オペレータが操作レバーを＋側に
動かしている状況を表している。

【００３５】ここで、図８を用いて、電磁０Ｎ／ＯＦＦ
弁４０に出力する指令電圧Ｖについて説明する。電磁０
Ｎ／ＯＦＦ弁４０に出力する指令電圧Ｖは、Ｖｍａｘと
０の２値であり、ステップ１３２において求められた出
力時間ｔ＿ｏｎの間だけ、指令電圧ＶをＶｍａｘとす
る。

【００３６】また、レバー角θ１が負で、レバー変位量
Δθが負の場合は、レバーをマイナス側で操作している
状況を表している。そこで、ステップ１３８において、
ステップ１３２において求めた電磁０Ｎ／ＯＦＦ弁の出
力時間ｔ＿ｏｎに基づいて、電磁０Ｎ／ＯＦＦ弁４２に
指令電圧Ｖを出力する。

【００３７】さらに、ステップ１３４，１３５，１３６
における判定が「ＮＯ」の場合は、レバーを減速側に動
かしているか、或いはレバーが中立の状態を表しいるた
め、電磁０Ｎ／０ＦＦ弁４０，４２による高速化は行わ
ないため、電磁０Ｎ／０ＦＦ弁４０，４２への出力は行
わずに、ステップ１４０にジャンプする。

【００３８】なお、電磁０Ｎ／０ＦＦ弁４０，４２への
出力が終わると電磁０Ｎ／０ＦＦ４０，４２弁の２次圧
はタンク圧になるが、パイロット圧力室８２，８４と電
磁ＯＮ／０ＦＦ弁４０，４２の間に挿入したチェック弁
６０，６２によって、パイロット室８２，８４がタンク
５２につながることはないものである。

【００３９】次に、ステップ１４０において、電磁比例
弁３０，３２に、レバー角θ１に応じた出力Ｖｐを行
う。レバー角θ１と出力Ｖｐの関係は、図４に示すよう
にする。このとき、ステップ１３７若しくはステップ１
３８の処理により、パイロット室８２，８４の圧力は、
ある程度上がっているため、この後の最終圧力の調整を
電磁比例弁３０，３２で行うようにしている。パイロッ
ト室８２，８４の圧力が、目標圧力より小さければ電磁
比例弁３０，３２が開き、圧油を供給し、目標圧より高
ければタンク５２に連通して減圧する。

【００４０】一方、レバー１２を中立方向に戻した場
合、加圧されていたパイロットは、電磁比例弁３０，３
２のタンクポートのみを伝わり減圧される。そのため、
減圧が滑らかになり、急停止における激しいショックを
緩和することができる。最後に、ステップ１５０におい
て、現在のレバー角度θ１を、角度θ０として格納し
て、ステップ１１０に戻る。

【００４１】ここで、図９を用いて、メインスプールの
位置の応答波形のシミュレーション結果について説明す
る。図において、横軸は、時間（ｓｅｃ）を示してお
り、縦軸はメインスプールの位置（ｍｍ）を示してい
る。

【００４２】時間０ｓｅｃにおいて、図８に示したステ
ップ状の信号を電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁に印加するととも
に、電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁の開口時間ｔ＿ｏｎを、５ｍ
ｓｅｃ，７ｍｓｅｃ，８ｍｓｅｃ，１０ｍｓｅｃ
の４種類に変えた時のステップ応答を示している。ま
た、参考のため、電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁を使用しない場合
の応答特性を「ノーマル」として図示している。

【００４３】５種類の応答特性を比較すると明かなよう
に、電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁の開口時間を一番長くした
（１０ｍｓｅｃ）は、応答が最も早く見えるが、４．５
ｍｍの目標位置に対し、ストロークエンドの１０ｍｍま
で行ってしまい、オーバーシュートが大きすぎるもので
ある。また、（５ｍｓｅｃ）では、途中でノーマルの
方式と同じ応答になっている。しかし、いずれも電磁Ｏ
Ｎ／ＯＦＦ弁を使わない場合に比べ、応答特性が改善さ
れ、無駄時間が短くなっている。応答の早い、遅いの感
覚はスプールが目標位置の１００％になるまでの時間で
はなく、無駄時間と目標の６０〜８０％になるまでの時
間であるので、本実施形態によって、応答性を向上する
ことができる。

【００４４】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、電気レバー装置からの信号が変化したとき一時的に
前記電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁を駆動するようにしているの
で、パイロット圧力室への流量が増えた場合でも、高速
応答で大流量を流すことにより、スプール型方向切換弁
パイロットシステムの応答性を向上することができる。
また、最終圧力は、電磁比例弁を駆動して、操作レバー
の信号に比例して制御するようにしているため、スプー
ル型方向切換弁パイロットシステムの制御精度が低下す
ることはないものである。さらに、電磁比例弁自体は、
従来程度の応答性を持つ安価なものを使用できるので、
スプール型方向切換弁パイロットシステムを安価に構成
することができる。また、電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁とパイロ
ット圧力室の間に逆流防止弁を設けるようにしているの
で、電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁が閉位置にあるとき、電磁ＯＮ
／ＯＦＦ弁からのリークを防止することができる。ま
た、さらに、電気レバー装置の操作レバーの操作速度に
基づいて電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁の駆動時間を計算し、この
時間だけ電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁を駆動するようにしている
ので、操作速度が大きいときは電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁の駆
動時間が長くすることにより、大流量を流すことがで
き、応答性を向上することができる。

【００４５】次に、図１０〜図１２を用いて、本発明の
第２の実施形態によるスプール型方向切換弁パイロット
システムの構成及び動作について説明する。本実施形態
によるスプール型方向切換弁パイロットシステムの全体
構成は、図１に示したものと同様である。また、本実施
形態に用いるコントローラの構成も、図２に示したもの
と同様である。

【００４６】本実施形態においては、電気レバー装置の
レバーを操作する速度（レバー速度）（レバーの単位時
間辺りの変位量）に基づいて、１回のレバー操作で、電
磁ＯＮ／ＯＦＦ弁を１回のみ開くようにしている。な
お、「１回のレバー操作」については、図１１を用いて
後述する。

【００４７】最初に、図１０に示すフローチャートを用
いて、コントローラ２０の制御処理の流れについて説明
する。なお、図３に示したステップと同一符号のステッ
プは、同一処理を行うものである。

【００４８】電磁弁の制御処理がスタートすると、最初
に、設定が必要なパラメータは書き込まれている。ステ
ップ１０５において、電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁４０，４２の
出力フラグｆｌａｇ＿ｏｎ／ｏｆｆを、オフにする。電
磁ＯＮ／ＯＦＦ弁４０，４２の出力フラグｆｌａｇ＿ｏ
ｎ／ｏｆｆがオンのとき、電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁４０，４
２が開くように制御されるため、最初に、出力フラグｆ
ｌａｇ＿ｏｎ／ｏｆｆをオフにしてイニシャライズす
る。

【００４９】次に、図３と同様にして、ステップ１１０
において、コントローラ２０は、現在の電気レバー装置
１０のレバー１２のレバー角度θ１を検出する。また、
ステップ１２０において、前回のレバー角度θ０と、ス
テップ１００において検出された現在のレバー角度θ１
に基づいて、レバー１２の変位量Δθを計算する。ここ
で、レバー１２の変位量Δθは、単位時間辺りのレバー
１２の動きを示しているため、レバー１２の速度を求め
ていることになる。

【００５０】ここで、図１１を用いて、レバーの操作の
実例について説明する。図において、横軸は時間ｔを示
しており、縦軸はレバー１２の角度を示している。ここ
では、４種類のレバー操作Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを例示してい
る。

【００５１】レバー操作Ａとレバー操作Ｂは、１回のレ
バー操作の例であり、レバー操作Ｃとレバー操作Ｄは、
２回のレバー操作の例である。レバー操作がされた場
合、ステップ１２０において、レバーの変位量Δθを検
出している。レバーの変位量Δθは、レバー速度（図１
１におけるレバー操作の曲線の傾き）を表している。そ
して、例えば、レバー操作Ａにおいては、時点Ａ１にお
いてレバー速度が第１の所定値を越えているとすると、
この時点でレバー操作が開始されたと判断する。同様に
して、レバー操作Ｂ，Ｃ，Ｄにおいては、時点Ｂ１，Ｃ
１，Ｄ１においてこの時点でレバー操作が開始されたと
判断する。なお、レバー速度が所定値以下の場合とは、
例えば、手ブレ等により操作レバーが動いた場合であ
り、このような場合には、本実施形態による電磁ＯＮ／
ＯＦＦ弁がＯＮすると、メインスプールの圧力室にかか
る圧力が急激に増加して誤動作となるため、以下に述べ
るように、レバー操作が開始されていないものとして、
電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁の制御を行わないようにしている。
即ち、レバー速度が所定値以上となったことを検出する
ことにより、オペレータの操作の意志を検出して、電磁
ＯＮ／ＯＦＦ弁を制御するようにしている。

【００５２】さらに、レバー操作の開始後、レバー速度
が減少して第２の所定値以下になると、レバー操作の終
了と判断する。例えば、レバー操作Ａにおいては、時点
ａ１においてレバー速度が第２の所定値以下になるとす
ると、この時点でレバー操作が終了したと判断する。従
って、時点Ａ１から時点ａ１までは１回のレバー操作と
いうことになる。レバー操作Ｂにおいては、時点Ｂ２に
おいてもレバー速度が第１の所定値を越えているが、こ
の時点ではまだ時点Ｂ１以降レバー操作の終了が判断さ
れていないため、まだ、１回目のレバー操作と判断して
おり、時点ｂ１においてレバー速度が第２の所定値以下
になるとすると、この時点でレバー操作が終了したと判
断する。従って、時点Ｂ１から時点ｂ１までは１回のレ
バー操作ということになる。また、レバー操作Ｃにおい
ては、時点Ｃ１から時点ｃ１までは１回目のレバー操作
であり、時点Ｃ２から時点ｃ２までが２回目のレバー操
作ということになる。同様にして、レバー操作Ｄにおい
ては、時点Ｄ１から時点ｄ１までは１回目のレバー操作
であり、時点Ｄ２から時点ｄ２までが２回目のレバー操
作ということになる。

【００５３】次に、図１０に戻り、ステップ１２２にお
いて、レバー１２の変位量Δθの絶対値Ａｂｓ（Δθ）
が、所定値Ｚ１より大きいかどうかを判定する。ここ
で、所定値Ｚ１は、上述したレバー操作の開始を判断す
るための第１の所定値に相当するものである。所定値Ｚ
１より大きいときはステップ１２４に進み、そうでない
ときはステップ１２６にジャンプする。

【００５４】レバー速度が所定値Ｚ１より大きいとき
は、ステップ１２４において、電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁４
０，４２の出力フラグｆｌａｇ＿ｏｎ／ｏｆｆを、オン
にする。

【００５５】次に、ステップ１２６において、電磁ＯＮ
／ＯＦＦ弁４０，４２の出力フラグｆｌａｇ＿ｏｎ／ｏ
ｆｆがオンか否かを判定し、オンであればステップ１３
０Ａに進み、電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁４０，４２の出力処理
を行い、そうでなければステップ１４０にジャンプす
る。

【００５６】ここで、図１２に示すフローチャートを用
いて、電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁４０，４２の出力処理ステッ
プ１３０Ａの詳細について説明する。なお、図３に示し
たステップと同一符号のステップは、同一処理を行うも
のである。本実施形態においては、ステップ１３５Ａと
ステップ１３６Ａの判定処理が、図３のステップ１３５
とステップ１３６の判定処理とは異なっている。

【００５７】即ち、ステップ１３５Ａにおいて、レバー
変位量Δθ（レバー速度）が第２の所定値Ｚ２よりも大
きいか否かを判断する。ここで、第２の所定値Ｚ２は、
上述したレバー操作の終了を判断するための第２の所定
値に相当するものである。所定値Ｚ２より大きいときは
ステップ１３７に進み、ステップ１３２において求めた
電磁０Ｎ／ＯＦＦ弁の出力時間ｔ＿ｏｎに基づいて、電
磁０Ｎ／ＯＦＦ弁４０に指令電圧Ｖを出力する。そうで
ない場合には、レバー操作が終了したものとして、ステ
ップ１３０Ａを抜けて、電磁０Ｎ／ＯＦＦ弁４０への出
力を中止する。

【００５８】同様にして、ステップ１３６Ａにおいて、
レバー変位量Δθ（レバー速度）が第２の所定値Ｚ２よ
りも大きいか否かを判断する。所定値Ｚ２より大きいと
きはステップ１３８に進み、ステップ１３２において求
めた電磁０Ｎ／ＯＦＦ弁の出力時間ｔ＿ｏｎに基づい
て、電磁０Ｎ／ＯＦＦ弁４２に指令電圧Ｖを出力する。
そうでない場合には、レバー操作が終了したものとし
て、ステップ１３０Ａを抜けて、電磁０Ｎ／ＯＦＦ弁４
２への出力を中止する。

【００５９】次に、図１０に戻り、ステップ１３９にお
いて、電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁４０，４２の出力フラグｆｌ
ａｇ＿ｏｎ／ｏｆｆを、オフにする。さらに、図３と同
様にして、ステップ１４０において、電磁比例弁３０，
３２に、レバー角θ１に応じた出力Ｖｐを行い、ステッ
プ１５０において、現在のレバー角度θ１を、角度θ０
として格納して、ステップ１１０に戻る。

【００６０】以上のようにして、本実施形態において
は、レバー速度に着目して、レバー操作の１回辺りに一
度だけ電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁を駆動するため、１回のレバ
ー操作の間中電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁が駆動し続けることが
なくなり、メインスプール８０が振動的に動作すること
を防止できるものである。

【００６１】なお、レバー操作の開始時を判定するため
の第１の所定値Ｚ１と、終了時を判定するための第２の
所定値Ｚ２を異ならせているが、Ｚ２をＺ１に等しくし
てもよいものである。このようにすることにより、図１
１に示す例において、レバー操作Ｂの場合、時点Ｂ１で
レバー操作開始となった後、時点Ｂ２の前で終了となる
ため、時点Ｂ２をレバー操作開始と判断して電磁ＯＮ／
ＯＦＦ弁を駆動することができる。

【００６２】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、スプール型方向切換弁パイロットシステムの応答性
を向上することができる。また、スプール型方向切換弁
パイロットシステムの制御精度が低下することはないも
のである。さらに、スプール型方向切換弁パイロットシ
ステムを安価に構成することができる。また、メインス
プールが振動的に動作することを防止できるものであ
る。

【００６３】次に、図１３を用いて、本発明の第３の実
施形態によるスプール型方向切換弁パイロットシステム
の構成及び動作について説明する。本実施形態によるス
プール型方向切換弁パイロットシステムの全体構成は、
図１に示したものと同様である。また、本実施形態に用
いるコントローラの構成も、図２に示したものと同様で
ある。さらに、コントローラ２０の制御処理の全体的な
流れは、図１０に示したものと同様である。本実施形態
においては、図１０に示したステップ１３０Ａの出力処
理に代えて、図１３に示した出力処理１３０Ｂを行うよ
うにしている。なお、図１０に示したステップと同一符
号のステップは、同一処理を行うものである。

【００６４】本実施形態においては、ステップ１３２Ｂ
の処理が、図１０のステップ１３２の処理とは異なって
いる。即ち、ステップ１３２Ｂにおいて、電磁０Ｎ／Ｏ
ＦＦ弁４０，４２の出力時間ｔ＿ｏｎを、一定時間ｃｏ
ｎｓｔと設定する。図９の応答特性のシュミレーション
結果において説明したように、電磁０Ｎ／ＯＦＦ弁４
０，４２を所定時間駆動することにより、電磁ＯＮ／Ｏ
ＦＦ弁を使わない場合に比べ、応答特性が改善され、無
駄時間が短くなっている。無駄時間と目標の６０〜８０
％になるまでの時間であるので、本実施形態によって、
応答性を向上することができる。

【００６５】そして、電磁０Ｎ／ＯＦＦ弁４０，４２の
出力時間ｔ＿ｏｎを決める処理を行わない分、コントロ
ーラ２０の処理が容易となる。

【００６６】以上説明したように、本実施形態によれ
ば、スプール型方向切換弁パイロットシステムの応答性
を向上することができる。また、スプール型方向切換弁
パイロットシステムの制御精度が低下することはないも
のである。さらに、スプール型方向切換弁パイロットシ
ステムを安価に構成することができる。また、メインス
プールが振動的に動作することを防止できるものであ
る。さらに、コントローラの処理を容易にすることがで
きる。

【００６７】なお、以上の各実施形態の説明は、圧力の
立ち上がり応答を早める点について説明しているが、立
ち下がり応答を早めたい場合には、メインスプール逆側
に圧力を発生させるようにすればよいものである。

【００６８】

【発明の効果】本発明によれば、スプール型方向切換弁
パイロットシステムの応答性を向上でき、パイロット圧
力の制御精度が高く、しかも、安価にシステムを構成す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態によるスプール型方向切換
弁パイロットシステムの構成を示す回路図である。

【図２】本発明の一実施形態によるスプール型方向切換
弁パイロットシステムに用いるコントローラの構成を示
すブロック図である。

【図３】本発明の一実施形態によるスプール型方向切換
弁パイロットシステムに用いるコントローラの制御処理
を示すフローチャートである。

【図４】本発明の一実施形態によるスプール型方向切換
弁パイロットシステムに用いるコントローラの制御処理
の説明図である。

【図５】本発明の一実施形態によるスプール型方向切換
弁パイロットシステムに用いるコントローラの制御処理
の説明図である。

【図６】本発明の一実施形態によるスプール型方向切換
弁パイロットシステムに用いるコントローラの制御処理
の説明図である。

【図７】本発明の一実施形態によるスプール型方向切換
弁パイロットシステムに用いるコントローラの制御処理
の説明図である。

【図８】本発明の一実施形態によるスプール型方向切換
弁パイロットシステムに用いるコントローラの制御処理
の説明図である。

【図９】本発明の一実施形態によるスプール型方向切換
弁パイロットシステムにおけるシュミレーション結果の
説明図である。

【図１０】本発明の第２の実施形態によるスプール型方
向切換弁パイロットシステムに用いるコントローラの制
御処理を示すフローチャートである。

【図１１】本発明の第２の実施形態によるスプール型方
向切換弁パイロットシステムにおけるレバー操作の説明
図である。

【図１２】本発明の第２の実施形態によるスプール型方
向切換弁パイロットシステムにおける電磁ＯＮ／ＯＦＦ
弁の出力処理の流れを示すフローチャートである。

【図１３】本発明の第３の実施形態によるスプール型方
向切換弁パイロットシステムに用いるコントローラの出
力制御処理を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０…電気レバー装置１２…レバー２０…コントローラ３０，３２…電磁比例弁４０，４２…電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁５０…パイロットポンプ５２…タンク６０，６２…チェック弁７０，７２…パイロット用ホース８０…メインスプール８２，８４…パイロット室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小倉弘茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (72)発明者羽賀正和茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (72)発明者冨田 ▲禎▼久茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (72)発明者木村敏宏茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (72)発明者大津渉茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (72)発明者松崎浩茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内Ｆターム(参考） 2D003 AB07 BA01 BA02 BB02 CA02 DA03 DB04 3H089 AA60 BB17 CC01 DB46 DB49 DB75 EE13 EE17 EE22 EE35 GG02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体の方向を切り換えるメインスプール
と、このメインスプールの両端部の圧力室とパイロット
圧力を供給するパイロットポンプの間に配置された電磁
比例弁と、電気レバー装置からの信号に応じて前記電磁
比例弁を駆動する制御手段とを有するスプール型方向切
換弁パイロットシステムにおいて、前記パイロットポンプと前記メインスプールのパイロッ
ト圧力室の間に、前記電磁比例弁に対して並列に電磁Ｏ
Ｎ／ＯＦＦ弁を配置し、前記制御手段は、前記電気レバー装置からの信号が変化
したとき一時的に前記電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁を駆動するこ
とを特徴とするスプール型方向切換弁パイロットシステ
ム。
【請求項２】請求項１記載のスプール型方向切換弁パイ
ロットシステムにおいて、さらに、前記電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁と前記パイロット圧力室の間に
逆流防止弁を設けたことを特徴とするスプール型方向切
換弁パイロットシステム。
【請求項３】請求項１記載のスプール型方向切換弁パイ
ロットシステムにおいて、前記制御手段は、前記電気レバー装置の操作レバーの操
作速度に基づいて前記電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁の駆動時間を
計算し、この時間だけ前記電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁を駆動す
ることを特徴とするスプール型方向切換弁パイロットシ
ステム。
【請求項４】請求項１記載のスプール型方向切換弁パイ
ロットシステムにおいて、前記制御手段は、前記電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁を一定時間駆
動することを特徴とするスプール型方向切換弁パイロッ
トシステム。
【請求項５】請求項１記載のスプール型方向切換弁パイ
ロットシステムにおいて、前記制御手段は、前記操作レバーの操作速度が一定以上
のとき、前記電磁ＯＮ／ＯＦＦ弁を駆動することを特徴
とするスプール型方向切換弁パイロットシステム。