JPH10169828A - 弁開度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 制御弁の開口部の開度を線形的に変化させる
と共に、弁体の有する不感帯を実質的に除去する。 【解決手段】 円形の開口部を有するスプール弁と、ス
プールを移動させる制御パルス信号を出力するコントロ
ーラと、目標値設定部と、位置検出センサとを備えた油
圧シリンダ制御装置において、前記コントローラは、目
標値と検出値との差を算出し、この差に基づいて指令パ
ルス信号を算出する。そして、信号変換関数を用いて指
令パルス信号を制御パルス信号に変換し、制御パルス信
号をスプール弁の電磁パイロット部に出力する。これに
より、スプールの移動を制御し、前記目標値と検出値と
の差に対して、開口部の開度を線形的に変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば油圧制御回
路や空圧制御回路等に適用される弁開度制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車等には、エンジンのバル
ブタイミング制御を行うための油圧制御回路が設けら
れ、該油圧制御回路には、流体源と制御対象物との間に
設けられ、弁体の変位に応じて開口部の開度を変化させ
ることにより流体源から制御対象物に供給される流体を
制御する制御弁と、該制御弁の弁体の変位を制御する弁
体制御手段とからなる弁開度制御装置が設けられてい
る。

【０００３】以下、従来技術による弁開度制御装置を油
圧シリンダ制御装置に適用した場合を例に挙げ、図５な
いし図７に基づいて説明する。

【０００４】１はポンプ２、タンク３を含む油圧源、４
は該油圧源１に配管５を介して接続された制御対象物と
しての油圧シリンダで、該油圧シリンダ４は、シリンダ
４Ａと、該シリンダ４Ａ内に摺動可能に設けられたピス
トン４Ｂと、一端側が該ピストン４Ｂに固着され、他端
側がシリンダ４Ａ外に突出したロッド４Ｃとから構成さ
れている。そして、油圧シリンダ４は、ピストン４Ｂに
よって画成された２つの油室４Ｄ，４Ｅに配管５を介し
て油液が供給されることにより、ロッド４Ｃを矢示Ａ方
向に伸長させ、矢示Ｂ方向に縮小させるものである。

【０００５】６は制御弁としてのスプール弁である。７
はスプール弁６の外形をなす弁ケーシングであり、該弁
ケーシング７の周面には、油圧源側ポート８、排出側ポ
ート９、開口部としてのアクチュエータ側ポート１０，
１１が設けられている。また、弁ケーシング７の右側端
部には、他の排出側ポート１２が設けられている。

【０００６】そして、図５中右下側に位置する油圧源側
ポート８は、ポンプ２に接続され、図５中左下側に位置
する排出側ポート９は、タンク３に接続されている。ま
た、図５中右上側に位置するアクチュエータ側ポート１
０は、油圧シリンダ４の給排口４Ｆに接続され、図５中
左上側に位置するアクチュエータ側ポート１１は、油圧
シリンダ４の給排口４Ｇに接続されている。さらに、ア
クチュエータ側ポート１０，１１はポートの形状が、例
えば円形の円形ポートである。また、排出側ポート１２
はタンク３に接続されている。

【０００７】１３は弁ケーシング７内に変位可能に設け
られた弁体としてのスプールであり、該スプール１３に
は、２個のランド１３Ａ，１３Ｂが設けられ、図５中右
側に位置するランド１３Ａは、アクチュエータ側ポート
１０の開，閉するもので、図５中左側に位置するランド
１３Ｂは、アクチュエータ側ポート１１を開，閉するも
のである。そして、該スプール１３は、後述するよう
に、コントローラ１７から出力される出力パルス信号の
デューティ比に比例して矢示Ｃ，Ｄ方向に移動する。

【０００８】また、該スプール１３の右端側と弁ケーシ
ング７の右側壁部との間には、排出側ポート１２によっ
て開放されたばね室１４が画成され、該ばね室１４内に
は、スプール１３を矢示Ｄ方向に付勢するばね１５が設
けられている。さらに、該スプール１３の左端側には、
後述する駆動ロッド１６Ｃが連結されている。

【０００９】１６はスプール１３を移動させるための電
磁パイロット部を示し、該電磁パイロット部１６は、弁
ケーシング７の左端側に取付けられたケース１６Ａと、
該ケース１６Ａ内に設けられたコイル部１６Ｂと、該コ
イル部１６Ｂの内周側に摺動可能に設けられた駆動ロッ
ド１６Ｃとから構成されている。

【００１０】１７はスプール１３の移動制御を行うコン
トローラを示し、該コントローラ１７は、マイクロコン
ピュータ等により構成され、該コントローラ１７の入力
側には、後述する目標値設定部１８と位置検出センサ１
９が接続され、出力側はスプール弁６の電磁パイロット
部１６に接続されている。そして、該コントローラ１７
は、目標値設定部１８から入力される目標値と位置検出
センサ１９から入力される検出値に基づいて、出力パル
ス信号のデューティ比を決定し、この出力パルス信号を
スプール弁６の電磁パイロット部１６に向けて出力す
る。ここで、前記出力パルス信号は、そのデューティ比
を変化させることにより、スプール弁６のスプール１３
を移動制御するためのパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）
である。

【００１１】１８はコントローラ１７に向けて目標値を
出力する目標値設定手段としての目標値設定部であり、
該目標値設定部１８の具体例としては、油圧シリンダ制
御装置全体を制御するための上位コントローラや、手動
式の目標値入出力装置等である。ここで、目標値は、油
圧シリンダ４のロッド４Ｃを移動させる目標位置（油圧
シリンダ４に供給する油量）に対応した数値である。

【００１２】１９は検出手段としての位置検出センサを
示し、該位置検出センサ１９は、アクチュエータ側ポー
ト１０，１１を介して油圧シリンダ４に給排される油量
に対応して決定される油圧シリンダ４のロッド４Ｃの現
在位置を検出し、この現在位置に対応した検出値をコン
トローラ１７に出力するものである。

【００１３】従来技術による弁開度制御装置は上述した
ような構成を有するもので、次にその動作を説明する。

【００１４】まず、コントローラ１７は、目標値設定部
１８から出力される目標値と、位置検出センサ１９から
出力される検出値とを受け取り、両者の差を演算する。
そして、コントローラ１７は、この差に対応したデュー
ティ比を有する出力パルス信号を、スプール弁６の電磁
パイロット部１６に向けて出力する。

【００１５】そして、コントローラ１７から出力された
出力パルス信号がスプール弁６の電磁パイロット部１６
に入力されると、電磁パイロット部１６のコイル１６Ｂ
が出力パルス信号のデューティ比に応じて励磁される。
これにより、スプール１３は、出力パルス信号のデュー
ティ比に比例して移動する。

【００１６】即ち、出力パルス信号のデューティ比が５
０％のときには、スプール１３は、図５に示すように、
中立位置（初期位置）に移動する。これにより、アクチ
ュエータ側ポート１０，１１はスプール１３のランド１
３Ａ，１３Ｂによって完全に閉塞され、油圧シリンダ４
のロッド４Ｃが現在位置を維持するように制御される。

【００１７】また、出力パルス信号のデューティ比が５
０％よりも大きいときには、スプール１３はばね１５に
抗して矢示Ｃ方向に移動する。これにより、アクチュエ
ータ側ポート１０，１１が部分的にまたは完全に開口
し、スプール弁６の油圧源側ポート８とアクチュエータ
側ポート１０が接続されると共に、アクチュエータ側ポ
ート１１と排出側ポート９とが接続される。この結果、
ポンプ２から吐出される油液が、油圧シリンダ４の油室
４Ｄに供給されると共に、油室４Ｅ内の油液がタンク３
に排出され、油圧シリンダ４のロッド４Ｃは矢示Ａ方向
に伸長する。

【００１８】一方、出力パルス信号のデューティ比が５
０％よりも小さいときには、スプール１３は、矢示Ｄ方
向に移動する。これにより、アクチュエータ側ポート１
０，１１が部分的にまたは完全に開口し、スプール弁６
の油圧源側ポート８とアクチュエータ側ポート１１が接
続されると共に、アクチュエータ側ポート１０と排出側
ポート１２とが接続される。この結果、ポンプ２から吐
出される油液が、油圧シリンダ４の油室４Ｅに供給され
ると共に、油室４Ｄ内の油液がタンク３に排出され、油
圧シリンダ４のロッド４Ｃは矢示Ｂ方向に縮小する。

【００１９】そして、伸長または縮小した後のロッド４
Ｃの新たな現在位置が位置検出センサ１９によって検出
され、その新たな現在位置に対応した検出値がコントロ
ーラ１７に再び入力される。コントローラ１７は新たな
検出値と目標値に基づいて出力パルス信号のデューティ
比を再び決定し、スプール弁６の電磁パイロット部１６
に向けて新たな出力パルス信号を出力する。そして、目
標値と検出値とが一致したとき、コントローラ１７は、
デューティ比５０％の出力パルス信号を出力する。これ
により、スプール１３は中立位置に維持され、油圧シリ
ンダ４のロッド４Ｃは一定の位置に保持される。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術では、スプール弁６のアクチュエータ側ポート１
０，１１がそれぞれ円形ポートであるため、下記のよう
な問題がある。

【００２１】スプール弁６のスプール１３は、コントロ
ーラ１７から出力される出力パルス信号のデューティ比
に比例して移動する。例えば、デューティ比が５０％の
とき、スプール１３は中立位置であり、スプール１３の
ランド１３Ａは、図６に示すようにアクチュエータ側ポ
ート１０を完全に閉塞している。そして、デューティ比
が５０％から１００％に向けて一定の割合で増加する
と、スプール１３は一定の割合で矢示Ｃ方向に移動す
る。これにより、スプール１３のランド１３Ａは図６中
の二点鎖線で示す位置に向けて一定の割合で移動し、ア
クチュエータ側ポート１０は開度（開口面積）を増して
いく。しかし、この場合、アクチュエータ側ポート１０
は円形ポートであるため、アクチュエータ側ポート１０
の開度は、一定の割合で増加しない。即ち、スプール１
３の移動量（出力パルス信号のデューティ比）に対し
て、アクチュエータ側ポート１０の開度が線形的に変化
しない。

【００２２】ここで、図７中の特性線Ａは、出力パルス
信号のデューティ比と、アクチュエータ側ポート１０，
１１の開度との関係を示している。即ち、図７中のグラ
フの横軸が出力パルス信号のデューティ比を示し、縦軸
がアクチュエータ側ポート１０，１１の開度を示してい
る。そして、縦軸の値が「０％」のとき、スプール１３
が中立位置にあり、アクチュエータ側ポート１０，１１
の開度が零の状態であることを示している。また、縦軸
の値が１００％のときは、スプール１３が矢示Ｃ方向に
最大に移動したことにより、アクチュエータ側ポート１
０，１１の開度が最大の状態であることを示し、縦軸の
値が−１００％のときは、スプール１３が矢示Ｄ方向に
最大に移動したことにより、アクチュエータ側ポート１
０，１１の開度が最大の状態であることを示している。

【００２３】さて、この図７によれば、アクチュエータ
側ポート１０，１１の開度は、出力パルス信号のデュー
ティ比が５０％付近で変化が小さく、出力パルス信号の
デューティ比が２５％，７５％付近で変化が大きいとい
った特性がある。このように、出力パルス信号のデュー
ティ比に対して、アクチュエータ側ポート１０，１１の
開度が非線形的に変化すると、油圧シリンダ４に給排さ
れる圧油の流量が非線形的に変化する。

【００２４】従って、油圧シリンダ４のロッド４Ｃを微
小な移動量で移動制御するために、コントローラ１７か
ら電磁パイロット部１６に向けてデューティ比が５０％
付近の出力パルス信号を出力した場合には、ロッド４Ｃ
の移動は意に反して小さくなる。この結果、ロッド４Ｃ
の移動制御の速応性が低下するという問題がある。

【００２５】逆に、油圧シリンダ４のロッド４Ｃを大き
な移動量で移動制御するために、コントローラ１７から
電磁パイロット部１６に向けてデューティ比が２５％，
７５％程度の出力パルス信号を出力した場合には、ロッ
ド４Ｃの移動は意に反して大きくなる場合があり、ロッ
ド４Ｃの移動が不安定となる。この結果、大きな移動量
で移動制御されるときの安定性を重視して制御ゲインを
小さくすると、小さな移動量で移動制御する際に、応答
速度が遅く、さらに目標位置付近でのロッド４Ｃの移動
制御において定常偏差が大きくなるという問題がある。

【００２６】さらに、このような問題は、スプール弁６
のアクチュエータ側ポート１０，１１の形状が円形の場
合に限らず、楕円形、菱形、台形等の場合にも生じる。

【００２７】また、一般に、スプール弁６は、図６に示
すように、スプール１３のランド１３Ａ，１３Ｂの幅寸
法がアクチュエータ側ポート１０，１１の直径よりも微
小寸法Ｅだけ大きくなるように設定されている。これ
は、ポート閉塞時の安定性を確保するためである。しか
し、このため、図７に示すように、出力パルス信号のデ
ューティ比が（５０±α）％のときには、スプール１３
が出力パルス信号に対応して微小距離だけ移動したにも
拘らず、アクチュエータ側ポート１０，１１が全く開口
しない領域、いわゆる「不感帯」が形成されてしまう。
この結果、ロッド４Ｃの微小な制御を高精度に行うこと
ができず、移動制御の速応性が低下し、定常偏差が発生
するという問題がある。

【００２８】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、制御弁の開口部の開度を線形的に調整す
ることができると共に、弁体の有する不感帯を実質的に
除去できるようにした弁開度制御装置を提供することを
目的としている。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために請求項１に係る発明は、流体源と制御対象物との
間に設けられ、弁体の変位に応じて開口部の開度を変化
させることにより前記流体源から制御対象物に供給され
る流体を制御する制御弁と、該制御弁の弁体の変位を制
御する弁体制御手段とからなる弁開度制御装置におい
て、前記弁体制御手段は、前記制御対象物に供給する流
体の目標値を設定する目標値設定手段と、前記制御弁か
ら制御対象物に流体を供給することにより前記制御対象
物の状態を検出する検出手段と、前記目標値設定手段に
よる目標値と該検出手段による検出値との差に対応した
指令信号を出力する指令信号出力手段と、該指令信号出
力手段による指令信号を入力することにより、前記制御
弁の開口部の開度が指令信号に対して線形な特性で変化
するように前記制御弁の弁体を変位させる弁体制御信号
を前記制御弁に出力する弁体制御信号出力手段とから構
成したことにある。

【００３０】このような構成において、目標値設定手段
は、制御対象物に供給する流体の目標値を出力する。こ
の目標値は、制御対象物に供給する流体量に直接相当す
る数値でもよく、また制御対象物に供給する流体量に対
応した他の数値でもよく、例えばこの目標値は、流体量
に対応して決定される制御対象物の駆動部分の変位量に
相当する数値でもよい。

【００３１】また、検出手段は、制御対象物に流体が供
給されている現在の状態を検出し、その検出結果に対応
した検出値を出力する。ここで、検出値は、制御対象物
に現在供給されている流体量に直接相当する数値でもよ
く、また制御対象物に現在供給されている流体量に対応
した他の数値でもよく、例えばこの検出値は、流体量に
対応して決定される制御対象物の駆動部分の変位量に相
当する数値でもよい。

【００３２】そして、指令信号出力手段は、前記目標値
と検出値をそれぞれ受け取り、目標値と検出値の差を算
出し、この差に対応した指令信号を出力する。さらに、
弁体制御手段は、前記指令信号を受け取り、制御弁の開
口部の開度が前記指令信号に対して線形な特性で変化す
るように弁体を変位させる弁体制御信号を導出し、この
弁体制御信号を制御弁に出力する。これにより、弁体が
弁制御信号に応じて変位し、指令信号出力手段により算
出された指令信号（目標値と検出値との差）に対して、
線形な特性をもって開口部の開度が変化する。

【００３３】特に、請求項４に係る発明のように、開口
部の形状が円形、楕円形または菱形の場合でも、開口部
の開度が前記指令信号に対して線形な特性をもって変化
するように弁体を変位させることができる。

【００３４】請求項２に係る発明は、弁体制御信号出力
手段は、指令信号出力手段から入力される指令信号に対
して制御弁の開口部が線形な特性で変化する弁体制御信
号を出力するための信号変換関数を記憶した関数記憶手
段と、該関数記憶手段に記憶された信号変換関数を用い
て指令信号出力手段による指令信号を弁体制御信号に変
換する信号変換手段とから構成したことにある。

【００３５】このような構成において、信号変換関数
は、指令信号出力手段からの指令信号を、開口部の開度
がこの指令信号に対して線形な特性で変化するように弁
体を変位させる弁体制御信号に変換する関数であり、こ
の信号変換関数は、例えば所定の演算式として、また
は、指令信号と弁体制御信号の関係を逐一記憶したデー
タテーブルとして信号記憶手段に記憶されている。

【００３６】そして、信号変換手段は、この信号変換関
数を用いて指令信号を弁体制御信号に変換する。ここ
で、信号変換関数が演算式として記憶されている場合に
は、この演算式に指令信号の値を入力することにより、
この演算式の解として弁体制御信号を得ることができ
る。また、信号変換関数がデータテーブルとして記憶さ
れている場合には、このデータテーブルを参照し、指令
信号の値に対応した弁体制御信号の値を読出すようにす
る。

【００３７】請求項３に係る発明は、関数記憶手段に記
憶された信号変換関数は、指令信号出力手段による指令
信号が零のときには制御弁の弁体を初期位置に変位させ
る弁体制御信号を出力し、前記指令信号が弁体の有する
不感帯幅に対応した所定範囲内のときには前記不感帯を
僅かに超える位置まで弁体を変位させる弁体制御信号を
出力し、前記指令信号が前記所定範囲外のときには制御
弁の開口部の開度が前記指令信号に対して線形な特性で
変化するように弁体を変位させる弁体制御信号を出力す
る構成としたことにある。

【００３８】このように構成したことにより、指令信号
が零のとき、即ち、目標値設定手段による目標値と検出
手段による検出値とが一致しているときには、指令信号
は、信号変換関数によって、弁体を初期位置に移動させ
る弁体制御信号に変換される。ここで、初期位置とは、
開口部を完全に閉塞させるために設定された弁体の位置
である。従って、このように変換された弁体制御信号を
制御弁に出力すると、制御弁の弁体は初期位置に移動
し、開口部は完全に閉塞される。

【００３９】また、弁体が有する不感帯幅に対応した所
定範囲内のときには 指令信号は、前記不感帯を僅かに
超える位置まで弁体を移動させる弁体制御信号に変換さ
れる。ここで、前記不感帯は、初期位置の近傍に存在
し、機械的な誤差等により、弁体が初期位置に対して僅
かに位置ずれしても、開口部の全閉状態を維持するため
の領域である。そして、前記所定範囲は、この不感帯幅
に対応するように設定された数値範囲である。従って、
このように変換された弁体制御信号を制御弁に出力する
と、制御弁の弁体は前記不感帯を僅かに超える位置まで
移動し、開口部は僅かに開口する。

【００４０】さらに、指令信号が前記所定範囲外のとき
には、指令信号は、開口部の開度が指令信号に対して線
形な特性で変化するように弁体を移動させる弁体制御信
号に変換される。従って、このように変換された弁体制
御信号を制御弁に出力すると、制御弁の弁体は、開口部
の開度が指令信号に対して線形な特性で変化するように
移動し、開口部の開度は、指令信号に対して線形な特性
をもって調整される。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に従って詳述する。

【００４２】ここで、図１ないし図４は本発明の実施例
による弁開度制御装置としての油圧シリンダ制御装置を
示している。なお、本実施例では、前述した従来技術と
同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略す
るものとする。

【００４３】２１はスプール１３の移動制御を行う本実
施例によるコントローラで、該コントローラ２１は、例
えばマイクロコンピュータ等により構成され、該コント
ローラ２１にはＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる関数記憶手段
としての記憶部２１Ａが設けられている。そして、該コ
ントローラ２１の記憶部２１Ａには、図２に示すような
スプール制御処理プログラムと、図３に示すように、指
令パルス信号を制御パルス信号に変換するための信号変
換関数が記憶されている。

【００４４】また、該コントローラ２１の入力側には、
目標値設定部１８と位置検出センサ１９が接続され、出
力側はスプール弁６の電磁パイロット部１６に接続され
ている。そして、該コントローラ２１は、後述するよう
に、スプール制御処理プログラムを実行させ、目標値設
定部１８から出力される目標値と位置検出センサ１９か
ら出力される検出値に基づいて指令パルス信号を算出
し、指令パルス信号を信号変換関数を用いて弁体制御信
号としての制御パルス信号に変換し、この制御パルス信
号をスプール弁６の電磁パイロット部１６に向けて出力
する。

【００４５】本実施例による油圧シリンダ制御装置は上
述したような構成を有するもので、スプール弁６の動
作、油圧シリンダ４への油液の給排等の動作については
前記従来技術によるものと格別差異はない。ところが、
本実施例による油圧シリンダ制御装置は、コントローラ
２１に記憶されたスプール制御処理プログラム、信号変
換関数によってスプール１３の移動を制御する点で従来
技術と異なる。

【００４６】ここで、スプール制御処理プログラムの内
容について、図２を参照しつつ説明する。

【００４７】図２中のステップ１では、目標値設定部１
８から出力される目標値を読込み、ステップ２では、位
置検出センサ１９から出力される検出値を読込む。そし
て、ステップ３では、目標値と検出値との差値を算出す
る。

【００４８】ステップ４では、ステップ３で算出した差
値にＰ制御（比例制御）を施し、ステップ５では、この
差値に基づいて指令パルス信号を算出する。ここで、指
令パルス信号は、前記目標値と検出値との差値に対応し
たデューティ比を有するパルス幅変調信号（ＰＷＭ信
号）である。

【００４９】ここで、指令パルス信号について詳しく説
明すると、例えば、ステップ３による目標値と検出値と
の差値が零のときには、油圧シリンダ４のロッド４Ｃを
伸長，縮小させる必要がないため、スプール弁６のスプ
ール１３を中立位置（初期位置）に移動させる必要があ
る。このときには、指令パルス信号のデューティ比は５
０％に設定される。また、前記差値に基づいて演算した
結果、ロッド４Ｃを伸長させるときには、スプール１３
を図１中の矢示Ｃ方向に移動させる必要があるため、指
令パルス信号のデューティ比は５０％より大きい値に設
定される。また、前記差値に基づいて演算した結果、ロ
ッド４Ｃを縮小させるときには、スプール１３を図１中
の矢示Ｄ方向に移動させる必要があるために、指令パル
ス信号のデューティ比は５０％より小さい値に設定され
る。

【００５０】ステップ６では、コントローラ２１の記憶
部２１Ａに記憶された信号変換関数を用いて、指令パル
ス信号を制御パルス信号に変換する。ここで、信号変換
関数は、図３中の特性線Ｂに示すような特性を有する関
数であり、この信号変換関数は、例えば所定の演算式と
して、または、特性線Ｂをデジタル化したデータテーブ
ルとしてコントローラ２１の記憶部２１Ａに記憶されて
いる。また、この信号変換関数は、スプール１３が有す
る不感帯の大きさ、アクチュエータ側ポート１０，１１
の形状、大きさ等に基づいて、予め設定され、コントロ
ーラ２１の記憶部２１Ａに予め記憶されている。

【００５１】そして、このステップ６では、信号変換関
数が演算式の場合には、該演算式に指令パルス信号のデ
ューティ比の値を入力して制御パルス信号のデューティ
比を導出するといった手段により、指令パルス信号を制
御パルス信号に変換する。また、信号変換関数がデータ
テーブルの場合には、指令パルス信号のデューティ比の
値に対応した制御パルス信号のデューティ比の値を該デ
ータテーブルから読出すといった手段により、指令パル
ス信号を制御パルス信号に変換する。

【００５２】ステップ７では、制御パルス信号を電磁パ
イロット部１６に向けて出力する。これにより、スプー
ル１３が制御パルス信号のデューティ比に対応して矢示
Ｃ，Ｄ方向に移動し、アクチュエータ側ポート１０，１
１の開度が調整される。この結果、油圧シリンダ４への
油液の給排が制御され、ロッド４Ｃの伸長，縮小が制御
される。その後、ステップ８に移行し、ステップ８でリ
ターンする。

【００５３】このようなステップ１〜ステップ８の処理
が、目標値設定部１８からの目標値と、位置検出センサ
１９からの検出値との差値が零になるまで繰り返され
る。これにより、油圧シリンダ４のロッド４Ｃが目標位
置に向けて伸長，縮小する。

【００５４】ここで、指令パルス信号が、信号変換関数
によってどのような特性で弁体制御信号に変換されるか
について、図３に基づいて詳説する。なお、図３の横軸
は指令パルス信号のデューティ比を示し、縦軸は制御パ
ルス信号のデューティ比を示している。

【００５５】まず第１に、下記の数１に示すように、指
令パルス信号のデューティ比が５０％のとき、指令パル
ス信号は、信号変換関数によって、デューティ比が５０
％の制御パルス信号に変換される。

【００５６】

【数１】Ｒｐｓ（ｄｕｔｙ＝５０）→ Ｃｐｓ（ｄｕｔ
ｙ＝５０） 但し、「Ｒｐｓ」は指令パルス信号、「Ｃｐｓ」は制御
パルス信号、「ｄｕｔｙ＝５０」はデューティ比が５０
％であることを意味する。

【００５７】即ち、指令パルス信号のデューティ比が５
０％のときには、デューティ比の変更は行われず、指令
パルス信号がそのまま制御パルス信号となる。そして、
デューティ比５０％の制御パルス信号が電磁パイロット
部１６に出力されると、スプール１３が中立位置に移動
し、アクチュエータ側ポート１０，１１が完全に閉塞さ
れ、アクチュエータ側ポート１０，１１の開度はそれぞ
れ零となる。これにより、油圧シリンダ４への油液の給
排は行われず、ロッド４Ｃは現在位置に維持される。

【００５８】第２に、下記の数２に示すように、指令パ
ルス信号のデューティ比が５０％でなく、かつ（５０±
α）％の範囲内のとき、指令パルス信号は、信号変換関
数によって、デューティ比が（５０±β）％の制御パル
ス信号に変換される。即ち、指令パルス信号のデューテ
ィ比が５０％より大きく、かつ（５０＋α）％以下のと
き、指令パルス信号は、デューティ比が（５０＋β）％
の制御パルス信号に変換され、指令パルス信号のデュー
ティ比が５０％より小さく、かつ（５０−α）％以下の
とき、指令パルス信号は、デューティ比が（５０−β）
％の制御パルス信号に変換される。

【００５９】

【数２】Ｒｐｓ（５０＜ｄｕｔｙ≦５０＋α）→ Ｃｐ
ｓ（ｄｕｔｙ＝５０＋β） Ｒｐｓ（５０−α≦ｄｕｔｙ＜５０）→ Ｃｐｓ（ｄｕ
ｔｙ＝５０−β）

【００６０】ここで、指令パルス信号のデューティ比が
５０％より大きく、かつ（５０＋α）％以下の範囲と、
指令パルス信号のデューティ比が５０％より小さく、か
つ（５０−α）％以下の範囲は、スプール１３が有する
不感帯幅に対応した範囲であり、この範囲は、スプール
１３のランド１３Ａ，１３Ｂの幅寸法とアクチュエータ
側ポート１０，１１の直径寸法との差（図６中の寸法
Ｅ）によって決定される。即ち、「α」は図６中の寸法
Ｅに対応した数値である。

【００６１】これに対し、「β」は、「α」より僅かに
大きい値に設定されている。この結果、デューティ比
（５０＋α）％の指令パルス信号を、デューティ比（５
０＋β）％の制御パルス信号に変換すると、デューティ
比は僅かに増大する。また、デューティ比（５０−α）
％の指令パルス信号を、デューティ比（５０−β）％の
制御パルス信号に変換すると、デューティ比は僅かに減
少する。

【００６２】従って、指令パルス信号のデューティ比が
５０％でなく、かつ（５０±α）％の範囲内のときに
は、指令パルス信号を、デューティ比が（５０±β）％
の制御パルス信号に変換し、この制御パルス信号を電磁
パイロット部１６に出力することにより、不感帯を僅か
に脱出した位置までスプール１３を移動させることがで
きる。これにより、アクチュエータ側ポート１０，１１
を僅かながら確実に開口させることができ、油圧シリン
ダ４への油液の給排を確実に行って、ロッド４Ｃの微小
距離だけ伸長，縮小させることができる。

【００６３】第３に、下記の数３に示すように、指令パ
ルス信号のデューティ比が（５０＋α）％より大きい値
のとき、または、（５０−α）％より小さい値のとき、
信号変換関数は、図４中の特性線Ｃに示すように、アク
チュエータ側ポート１０，１１の開度が、指令パルス信
号のデューティ比に対して線形な特性で変化するよう
に、指令パルス信号を制御パルス信号に変換する。

【００６４】

【数３】Ｒｐｓ（ｄｕｔｙ＞５０＋α）→ Ｃｐｓ（ｄ
ｕｔｙ＝γ） Ｒｐｓ（５０−α＞ｄｕｔｙ）→ Ｃｐｓ（ｄｕｔｙ＝
δ） 但し、「γ」、「δ」は、指令パルス信号のデューティ
比に対してアクチュエータ側ポート１０，１１の開度が
線形な特性で変化するように設定された制御パルス信号
のデューティ比の値を示す。

【００６５】そして、この制御パルス信号を電磁パイロ
ット部１６に出力すると、スプール１３が制御パルス信
号のデューティ比に対応して移動する。これにより、ア
クチュエータ側ポート１０，１１の開度を、特性線Ｃに
示すような線形的な特性をもって調整することができ
る。従って、油圧シリンダ４へ給排される圧油の量を特
性線Ｃに示すような線形的な特性をもって可変制御する
ことができ、ロッド４Ｃを線形的な特性で伸長，縮小さ
せることができる。

【００６６】かくして、本実施例では、図３に示すよう
な信号変換関数を用いて、指令パルス信号を制御パルス
信号に変換することにより、指令パルス信号のデューテ
ィ比が５０％のときには、スプール１３を中立位置に移
動させ、アクチュエータ側ポート１０，１１を全閉する
ことができる。また、指令パルス信号のデューティ比が
５０％でなく、かつ（５０±α）％の範囲内のときに
は、スプール１３を不感帯の外側に移動させ、アクチュ
エータ側ポート１０，１１を僅かに開口させることがで
きる。さらに、指令パルス信号のデューティ比が（５０
＋α）％より大きいとき、または（５０−α）％より小
さいときには、アクチュエータ側ポート１０，１１の開
度を、指令パルス信号のデューティ比に対して線形な特
性で変化するように調整することができる。

【００６７】これにより、本実施例によれば、スプール
１３が有する不感帯を、スプール制御処理プログラムに
よる制御処理によって、実質的に除去することができ
る。また、アクチュエータ側ポート１０，１１が円形ポ
ートであっても、指令パルス信号のデューティ比とアク
チュエータ側ポート１０，１１の開度との関係を、図４
中の特性線Ｃに示すような線形特性にすることができ
る。

【００６８】特に、信号変換関数は、スプール１３が有
する不感帯の幅、アクチュエータ側ポート１０，１１の
直径等、スプール弁６固有の寸法関係や機械的な誤差を
予め、実験等により分析し、この分析結果に基づいて作
成したものである。これにより、製造誤差等により不感
帯の幅やアクチュエータ側ポート１０，１１の直径寸法
が、採用するスプール弁６毎にまちまちでも、採用する
スプール弁６に適合した信号変換関数を作成して、コン
トローラ２１の記憶部２１Ａに記憶させることによっ
て、当該スプール弁６の有する不感度帯を確実に除去で
き、アクチュエータ側ポート１０，１１の開度を、目標
値と検出値との差に対して正確に線形化することができ
る。従って、本実施例によれば、理論的な数式演算や学
習機能等によって不感帯を除去する他の従来技術と比較
して、不感帯の除去等を正確に行うことができる。

【００６９】以上より、本実施例によれば、スプール１
３が不感帯を有しており、かつアクチュエータ側ポート
１０，１１が円形ポートでも、アクチュエータ側ポート
１０，１１の開度を高精度に調整でき、アクチュエータ
側ポート１０，１１を通過して油圧シリンダ４に給排さ
れる油量を高精度に制御することができる。これによ
り、油圧シリンダ４のロッド４Ｃを微小に、かつ高精度
に伸長，縮小させることができ、図１に示すようなフィ
ードバック制御系において、ロッド４Ｃの移動を制御す
ることに関し、速応性を向上させることができると共
に、定常偏差を小さくすることができる。

【００７０】なお、前記実施例で述べたスプール制御処
理プログラムのうち、ステップ１〜ステップ５が本発明
の指令信号出力手段の具体例であり、ステップ６、ステ
ップ７が弁体制御信号出力手段の具体例である。また、
ステップ６が信号変換手段の具体例である。

【００７１】また、前記実施例では、コントローラ２１
の記憶部２１Ａに記憶されたスプール制御処理プログラ
ムを実行し、指令パルス信号を制御パルス信号に変換す
る処理をコントローラ２１の内部で行うものとして述べ
たが、本発明はこれに限らず、信号変換関数を用いて指
令パルス信号を制御パルス信号に変換する専用の処理装
置を、コントローラ２１とは別に設け、該処理装置をコ
ントローラ２１とスプール弁６の電磁パイロット部１６
との間に接続する構成としてもよい。

【００７２】また、前記実施例では、アクチュエータ側
ポート１０，１１のポート形状が円形である場合を例に
挙げて述べたが、本発明はこれに限らず、アクチュエー
タ側ポート１０，１１のポート形状が楕円形、菱形、多
角形でもよい。

【００７３】また、前記実施例では、電磁パイロット部
１６を有するスプール弁６を例に挙げて述べたが、本発
明はこれに限らず、ステッピングモータ等で駆動する制
御弁装置でもよい。

【００７４】また、前記実施例では、制御弁としてスプ
ール弁６を例に挙げたが、本発明はこれに限らず、スラ
イド弁、バタフライ弁等でもよい。さらに、前記実施例
では、制御対象物として油圧シリンダを例に挙げたが、
油圧モータ、エアシリンダ、エアモータ等でもよい。

【００７５】

【発明の効果】以上詳述したとおり、請求項１に係る発
明によれば、目標値と検出値との差に対向した指令信号
を入力することにより、前記指令信号に対して開口部の
開度が線形な特性で変化するように制御弁の弁体を変位
させる弁体制御信号を制御弁に出力し、この弁体制御信
号に対応して弁体を変位させる構成としたから、弁体の
有する不感帯を実質的に除去できると共に、開口部の開
度を線形的に変化させることができる。これにより、開
口部を通過する流体量を線形的に可変制御することがで
き、流体量の制御を高精度に行うことができる。

【００７６】請求項２に係る発明によれば、弁体制御信
号出力手段には、指令信号出力手段による指令信号を入
力することにより、開口部の開度が指令信号に対して線
形な特性で変化するように弁体を変位させる弁体制御信
号を導出する信号変換関数を記憶した関数記憶手段と、
該関数記憶手段に記憶された信号変換関数を用いて指令
信号出力手段による指令信号を弁体制御信号に変換する
信号変換手段とを備える構成としたから、容易かつ正確
に、開口部の開度を線形的に調整することができる。

【００７７】請求項３に係る発明によれば、関数記憶手
段に記憶された信号変換関数を、指令信号が零のときに
は弁体を初期位置に変位させる弁体制御信号を導出し、
指令信号が弁体の有する不感帯幅に対応した所定範囲内
のときには前記不感帯を僅かに超える位置まで弁体を変
位させる弁体制御信号を導出し、指令信号が前記所定範
囲外のときには開口部の開度が指令信号に対して線形な
特性で変化するように弁体を変位させる弁体制御信号を
導出する構成としたから、弁体の有する不感帯を実質的
に除去できると共に、開口部の開度を線形的に調整する
ことができる。

【００７８】また、請求項４に記載の発明のように、開
口部の形状が円形または楕円形の場合でも、開口部の開
度を線形的に調整することができ、開口部を通過する流
体量を高精度に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による油圧シリンダ制御装置、
油圧シリンダを示す断面図である。

【図２】スプール制御処理プログラムの内容を示す流れ
図である。

【図３】指令パルス信号のデューティ比と制御パルス信
号のデューティ比との関係を示す特性線図である。

【図４】指令パルス信号のデューティ比とアクチュエー
タ側ポートの開度との関係を示す特性線図である。

【図５】従来技術による油圧シリンダ制御装置、油圧シ
リンダを示す断面図である。

【図６】図５中のスプール弁の要部を矢示VI−VI方向か
らみた拡大断面図である。

【図７】出力パルス信号のデューティ比とアクチュエー
タ側ポートの開度との関係を示す特性線図である。

【符号の説明】

１ 油圧源 ４ 油圧シリンダ ４Ｃ ロッド ６ スプール弁 １０，１１ アクチュエータ側ポート（開口部） １３ スプール（弁体） １６ 電磁パイロット部 ２１ コントローラ ２１Ａ 記憶部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体源と制御対象物との間に設けられ、
   弁体の変位に応じて開口部の開度を変化させることによ
   り前記流体源から制御対象物に供給される流体を制御す
   る制御弁と、 該制御弁の弁体の変位を制御する弁体制御手段とからな
   る弁開度制御装置において、 前記弁体制御手段は、前記制御対象物に供給する流体の
   目標値を設定する目標値設定手段と、 前記制御弁から制御対象物に流体を供給することにより
   前記制御対象物の状態を検出する検出手段と、 前記目標値設定手段による目標値と該検出手段による検
   出値との差に対応した指令信号を出力する指令信号出力
   手段と、 該指令信号出力手段による指令信号を入力することによ
   り、前記制御弁の開口部の開度が指令信号に対して線形
   な特性で変化するように前記制御弁の弁体を変位させる
   弁体制御信号を前記制御弁に出力する弁体制御信号出力
   手段とから構成してなる弁開度制御装置。
2. 【請求項２】 前記弁体制御信号出力手段は、前記指令
   信号出力手段から入力される指令信号に対して前記制御
   弁の開口部が線形な特性で変化する弁体制御信号を出力
   するための信号変換関数を記憶した関数記憶手段と、 該関数記憶手段に記憶された信号変換関数を用いて前記
   指令信号出力手段による指令信号を前記弁体制御信号に
   変換する信号変換手段とから構成してなる請求項１に記
   載の弁開度制御装置。
3. 【請求項３】 前記関数記憶手段に記憶された信号変換
   関数は、前記指令信号出力手段による指令信号が零のと
   きには前記制御弁の弁体を初期位置に変位させる弁体制
   御信号を出力し、前記指令信号が前記弁体の有する不感
   帯幅に対応した所定範囲内のときには前記不感帯を僅か
   に超える位置まで前記弁体を変位させる弁体制御信号を
   出力し、前記指令信号が前記所定範囲外のときには前記
   制御弁の開口部の開度が前記指令信号に対して線形な特
   性で変化するように前記弁体を変位させる弁体制御信号
   を出力する構成とした請求項１または２に記載の弁開度
   制御装置。
4. 【請求項４】 前記制御弁の開口部は円形、楕円形また
   は菱形である請求項１，２または３に記載の弁開度制御
   装置。