JP2001003905A - 流体圧アクチュエータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 メータイン・メータアウト分離型の制御回路
にて、流体圧アクチュエータに好適な操作量対圧力また
は速度モジュレーション特性を達成する。 【解決手段】 ポンプ１と流体圧アクチュエータ２との
間に、メータインバルブA1IMV ，A2IMV およびメータア
ウトバルブA3IMV ，A4IMV からなるブリッジ回路３を設
ける。メータインバルブA1IMV ，A2IMV は、作動流体を
絞り部46にて絞り制御するメータインスプール36と、メ
ータインスプール36を閉方向に押圧するバネ55を有す
る。メータインスプール36に、流体圧アクチュエータ２
側からフィードバックした負荷圧（ＰL ）を受けてメー
タインスプール36を閉方向に押圧する力を発生させるド
ーナツエリア状の負荷圧受圧面47と、パイロットバルブ
17から導入した操作量と関連する制御中間圧（Ｐc ）を
受けてメータインスプール36を開方向に押圧する力を発
生させるパイロット圧作用面45とを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、メータインバルブ
を含む流体圧アクチュエータの制御装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図２は、従来の例えば油圧ショベルなど
の建設機械に設けられているメータイン・メータアウト
分離型の制御回路を示し、可変容量型のポンプ１と、負
荷Ｗを駆動するシリンダ型の流体圧アクチュエータ２と
の間には、２個のメータインバルブA1IMV ，A2IMV およ
び２個のメータアウトバルブA3IMV ，A4IMV からなるブ
リッジ回路３が設けられている。

【０００３】さらに、ポンプ１とブリッジ回路３との間
の通路にはロードホールドチェック弁４が設けられてい
る。

【０００４】また、ポンプ１の吐出口には、通路６によ
り、他の流体圧アクチュエータ（図示せず）を制御する
ブリッジ回路（図示せず）が同様に接続されている。

【０００５】さらに、ポンプ１の吐出口とタンク７との
間には、上記複数の流体圧アクチュエータ２のブリッジ
回路３などの制御時に連動して制御される１個の共通バ
イパス弁８と、ポンプ吐出圧を設定するメインリリーフ
弁９とが設けられている。

【０００６】メータインバルブA1IMV ，A2IMV 、メータ
アウトバルブA3IMV ，A4IMV および共通バイパス弁８
は、通常、スプール弁タイプのモジュレーションノッチ
付き開閉弁であり、操作レバーの操作量に応じてコント
ローラ（図示せず）より出力された電気信号で作動され
る電磁アクチュエータにより、スプール弁ストロークを
制御される。

【０００７】この回路において、例えば流体圧アクチュ
エータ２を負荷Ｗに抗して伸張させる場合、メータイン
バルブA1IMV およびメータアウトバルブA4IMV は閉止し
たまま、可変容量型のポンプ１の吐出量を徐々に増加さ
せるとともに、共通バイパス弁８を徐々に閉止させ、メ
ータインバルブA2IMV およびメータアウトバルブA3IMV
を徐々に開くように制御する。

【０００８】一方、流体圧アクチュエータ２を収縮させ
る場合は、メータインバルブA2IMVおよびメータアウト
バルブA3IMV は閉止したまま、可変容量型のポンプ１の
吐出量を徐々に増加させるとともに、共通バイパス弁８
を徐々に閉止させ、メータインバルブA1IMV およびメー
タアウトバルブA4IMV を徐々に開くように制御する。こ
のような制御は、図示されない操作レバーによりコント
ローラを介してなされる。

【０００９】通常、この制御回路で、例えば油圧ショベ
ルのスティックシリンダがスティックイン動作される場
合のように、負荷Ｗが流体圧アクチュエータ２の伸張に
より地面Ｇなどの抵抗で停止（ストール）される状態と
なったときは、その流体圧アクチュエータ２のシリンダ
ヘッド側に位置するヘッド側室2hの制御圧は、操作レバ
ーの操作量による共通バイパス弁８の開度とポンプ吐出
量のコントロール（ブリードオフ制御）で決まり、例え
ば図３中の点線のように変化し、この変化は複数の流体
圧アクチュエータ共、ほぼ共通で固定されたものとな
る。

【００１０】このために、各流体圧アクチュエータ毎に
最も好ましい圧力モジュレーションカーブ、例えば図３
中の実線や、１点鎖線などで示された圧力モジュレーシ
ョンカーブを個々に実現することが難しい。

【００１１】さらに、操作レバーをフルに操作し、対応
する流体圧アクチュエータ２がストール状態のときに
は、ポンプ吐出圧は共通バイパス弁８の閉止によりメイ
ンリリーフ弁９の設定圧まで上昇しており、このとき
に、他の流体圧アクチュエータ用のブリッジ回路をモジ
ュレーション制御しようとしても、ポンプ吐出圧が既に
共通バイパス弁８の閉止によりメインリリーフ圧まで上
昇しており、コントロール不能であるので、他の流体圧
アクチュエータのメータイン側を開口させると、図３の
１点鎖線に示されるように高圧が回り込んで、圧力モジ
ュレーションが効かないという欠点がある。

【００１２】また、流体圧アクチュエータ２の作動速度
のコントロールも、図４に示されるように、ある流体圧
アクチュエータには実線、他の流体圧アクチュエータに
は点線または１点鎖線などで示された個々に理想的で最
適な速度モジュレーションカーブにコントロールするこ
とが望ましいにもかかわらず、それは互いの干渉により
難しいという問題がある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
メータイン・メータアウト分離型の制御回路では、流体
圧アクチュエータ２に応じた圧力モジュレーションカー
ブおよび速度モジュレーションカーブを実現することが
難しい。

【００１４】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、メータイン・メータアウト分離型の制御回路にお
いて、流体圧アクチュエータにとって最も好適な操作量
対圧力モジュレーション特性、速度モジュレーション特
性を達成できるようにすることを目的とするものであ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載された発
明は、ポンプから吐出されて流体圧アクチュエータに供
給される作動流体の流量を外部からの操作量と関連する
制御信号により制御するメータインバルブと、流体圧ア
クチュエータから排出される作動流体の流量を外部から
の操作量と関連する制御信号により制御するメータアウ
トバルブとを備え、メータインバルブは、作動流体を絞
り部にて絞り制御するメータインスプールと、メータイ
ンスプールを閉方向に押圧するバネと、メータインスプ
ールに形成され流体圧アクチュエータ側からフィードバ
ックされた負荷圧を受けてメータインスプールを閉方向
に押圧する力を発生させる負荷圧受圧面と、メータイン
スプールに形成され外部から導入された操作量と関連す
るパイロット制御圧を受けてメータインスプールを開方
向に押圧する力を発生させるパイロット圧作用面とを具
備した流体圧アクチュエータの制御装置である。

【００１６】そして、メータインスプールのパイロット
圧作用面に作用するパイロット制御圧を外部の操作量と
関連して制御することにより、メータインスプールの負
荷圧受圧面にフィードバックされた流体圧アクチュエー
タの負荷圧を任意に減圧制御する。

【００１７】請求項２に記載された発明は、請求項１記
載の流体圧アクチュエータの制御装置において、操作量
を演算処理してコマンド信号を出力するコントローラ
と、このコントローラから出力されたコマンド信号によ
り制御されメータインスプールのパイロット圧作用面に
対しパイロット制御圧を出力するパイロットバルブとを
具備したものである。

【００１８】そして、コントローラは、操作量のコマン
ド信号値からパイロットバルブよりメータインスプール
に出力されたパイロット制御圧を把握でき、メータイン
スプールで制御された流体圧アクチュエータの負荷圧も
把握できるから、流体圧アクチュエータを、その流体圧
アクチュエータにとって最も好適な操作量対圧力モジュ
レーション特性で制御することが可能となる。

【００１９】請求項３に記載された発明は、請求項２記
載の流体圧アクチュエータの制御装置において、ポンプ
から吐出された作動流体のポンプ吐出圧を検出するポン
プ吐出圧センサと、メータインスプールの作動ストロー
クを検出するストロークセンサとを具備したものであ
る。

【００２０】そして、ストロークセンサにより検出され
たスプールストロークからメータインスプールの絞り部
の開口面積が分かり、ポンプ吐出圧センサで検出された
ポンプ吐出圧と、請求項２のコントローラで制御された
負荷圧とから、上記絞り部の前後差圧も制御でき、この
前後差圧と、絞り部の開口面積とから、絞り部での通過
流量を任意に制御でき、流体圧アクチュエータを、その
流体圧アクチュエータにとって最も好適な操作量対速度
モジュレーション特性で制御することが可能となる。

【００２１】請求項４に記載された発明は、請求項２記
載のメータインバルブが、共通のポンプに対する複数の
流体圧アクチュエータ用のブリッジ回路にそれぞれ設け
られたものである。

【００２２】そして、一の流体圧アクチュエータがフル
ストローク状態となるか負荷抗力が過大となりストール
状態となった場合などの、共通のポンプ吐出圧が設定圧
まで上昇したときでも、他の流体圧アクチュエータは、
これに対応するメータインバルブの絞り部で減圧制御さ
れ、この他の流体圧アクチュエータに固有のパイロット
制御圧により好適な操作量対圧力モジュレーション特性
で制御される。

【００２３】請求項５に記載された発明は、請求項３記
載のメータインバルブが、共通のポンプに対する複数の
流体圧アクチュエータ用のブリッジ回路にそれぞれ設け
られたものである。

【００２４】そして、一の流体圧アクチュエータの操作
器状態や負荷状態などによりポンプ吐出圧が変化して
も、他の流体圧アクチュエータは、これに対応するメー
タインバルブの絞り部で適切に流量制御され、この他の
流体圧アクチュエータに固有のパイロット制御圧により
好適な操作量対速度モジュレーション特性で制御され
る。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る一実施の形態
を図１を参照しながら説明する。なお、必要に応じて図
２乃至図４も参照しながら説明する。また、図２で用い
られた符号は、図１の対応部分でも用いる。

【００２６】図１に示されるように、斜板により吐出流
量を可変制御できる可変容量型のポンプ１の吐出口に、
ポンプから吐出された作動流体（作動油）のポンプ吐出
圧を検出するポンプ吐出圧センサ11が設けられ、また、
このポンプ１の吐出口に、通路12を経て負荷圧保持用の
ロードホールドチェック弁４の入口部が接続され、この
ロードホールドチェック弁４の出口部は途中で分岐され
た２つの通路13，14に接続されている。

【００２７】その一方の通路13は、ブリッジ回路３の一
方のメータインバルブA1IMV の入口部に接続され、この
メータインバルブA1IMV の出口部は通路15を経て流体圧
アクチュエータ２のロッド側室2rに接続され、また、前
記分岐された他方の通路14は、ブリッジ回路３の他方の
メータインバルブA2IMV の入口部に接続され、このメー
タインバルブA2IMV の出口部は通路16を経て流体圧アク
チュエータ２のヘッド側室2hに接続されている。

【００２８】前記ポンプ１の吐出口には、他の流体圧ア
クチュエータ2aを制御するための他のブリッジ回路3aに
対し他のロードホールドチェック弁4aを経て作動流体
（作動油）を供給する通路６も接続されている。

【００２９】さらに、この通路６とタンク７との間に
は、ポンプ１から吐出された作動流体のタンク７への排
出量を制御する共通バイパス弁８と、ポンプ吐出圧の上
限を設定するメインリリーフ弁９とが、複数の流体圧ア
クチュエータ２，2aのブリッジ回路３，3aに対し共通に
設けられている。

【００３０】これらの各ブリッジ回路３，3aは、ポンプ
１側に位置する２つのメータインバルブA1IMV ，A2IMV
と、タンク７に連通された２つのメータアウトバルブA3
IMV，A4IMV とがブリッジ接続され、そのメータインバ
ルブA1IMV とメータアウトバルブA3IMV とが、流体圧ア
クチュエータ２，2aのロッド側室2rに接続され、また、
メータインバルブA2IMV とメータアウトバルブA4IMV と
が、流体圧アクチュエータ２，2aのヘッド側室2hに接続
されている。

【００３１】メータインバルブA1IMV ，A2IMV は、流体
圧アクチュエータ２，2aに供給される作動流体の流量
を、またメータアウトバルブA3IMV ，A4IMV は、流体圧
アクチュエータ２，2aから排出される作動流体の流量
を、それぞれ操作レバーからの操作量と関連する制御信
号により制御するものである。

【００３２】特に、メータインバルブA1IMV ，A2IMV
は、操作レバーからの操作量と関連する制御信号により
コントロールされるパイロットバルブ17によって制御す
る。

【００３３】次に、各弁の構造を詳しく説明する。な
お、図１では、１つのメータインバルブA2IMV のみが詳
細に示されているが、もう１つのメータインバルブA1IM
V も全く同一の構造を持つので、その詳細図は省略す
る。

【００３４】先ず、前記ロードホールドチェック弁４
は、弁本体21に穿設されたチェック弁嵌合穴22に逆止用
ポペット23が軸方向摺動自在に嵌合され、弁本体21に形
成されたシート部24に対し圧縮コイルバネ25により押圧
されている。この圧縮コイルバネ25の一端部は、逆止用
ポペット23の凹部26に嵌着され、他端部は、弁本体21に
螺着されたプラグ27の凸部28に嵌着されている。

【００３５】このロードホールドチェック弁４の逆止用
ポペット23には、シート部24に密着した状態でシート部
24の入口部開口29を閉止する先端閉止部30と、逆止用ポ
ペット23の下側の室と上側のバネ室31とを連通する斜孔
32とが設けられている。

【００３６】また、メータインバルブA1IMV ，A2IMV
は、弁本体21に穿設されたスプール嵌合穴35に、作動流
体を絞り制御するメータインスプール36が軸方向摺動自
在に嵌合されている。

【００３７】スプール嵌合穴35の内周面には、作動流体
供給側の通路14に連通された入口部環状凹溝37と、この
入口部環状凹溝37の下側に間隔を介して配置され流体圧
アクチュエータ２側の通路16に連通された出口部環状凹
溝38とが、それぞれ形成されている。

【００３８】一方、メータインスプール36には、図示上
端の移動係止凸部39と、図示上側のランド部40と、中間
軸部41と、図示下側のランド部42と、このランド部42よ
りやや小径の段差形成部43と、図示下端のストローク検
出用の鉄心部44とが、一体的に形成されている。

【００３９】このメータインスプール36の移動係止凸部
39の図示上面と、上側のランド部40の図示上面には、パ
イロット圧作用面45が設けられている。このパイロット
圧作用面45は、操作レバーの操作量と関連するパイロッ
ト制御圧を受けて、メータインスプール36を開方向に押
圧する力を発生させるものである。

【００４０】さらに、このメータインスプール36の図示
下側のランド部42には、出口部環状凹溝38との位置関係
によりメータイン開度を制御するメータイン開度制御手
段としての絞り部（リストリクション）46が設けられて
いる。

【００４１】この絞り部46は、この絞り部46を通過する
作動流体をメータインスプール36のストロークに応じて
絞込むことにより、上流側の通路14の圧力を減圧制御し
て、下流側の通路16に出力する。

【００４２】図示下側のランド部42と段差形成部43との
間の肩部には、ドーナツエリア状の負荷圧受圧面47が形
成され、また、ランド部42の外周面には、下流側の通路
16の負荷圧を負荷圧受圧面47に受圧させるためのスロッ
ト48が、出口部環状凹溝38に一部開口するように軸方向
に形成されている。

【００４３】このように、ドーナツエリア状の負荷圧受
圧面47は、流体圧アクチュエータ２側から加圧される負
荷圧を受けて、メータインスプール36を閉方向に押圧す
る力を発生させるものである。

【００４４】また、前記鉄心部44の周囲にはストローク
検出用のコイル49が配置され、鉄心部44と、このコイル
49とにより、メータインスプール36の作動ストロークを
検出するストロークセンサ50が構成されている。

【００４５】さらに、スプール嵌合穴35の内部には、移
動係止凸部39によりパイロット圧作用室51が確保され、
また、両方のランド部40，42間にて作動流体通路部52が
形成され、また、負荷圧受圧面47と段差形成部43の周面
と弁本体21とによって負荷圧作用室53が形成され、ま
た、負荷圧受圧面47での係止作用により段差形成部43の
図示下側にバネ室54が確保されている。

【００４６】このバネ室54に圧縮コイルバネ55が設けら
れ、この圧縮コイルバネ55によりメータインスプール36
が図示上方すなわち閉方向へ押圧されている。バネ室54
は、通路56によりタンク７に連通されている。

【００４７】次に、前記メータインバルブA1IMV ，A2IM
V の各パイロット圧作用室51には、各メータインスプー
ル36をパイロット制御するための前記パイロットバルブ
17がそれぞれ接続されている。

【００４８】このパイロットバルブ17は、弁本体21に穿
設されたスプール嵌合穴61にパイロットスプール62が摺
動自在に嵌合されている。

【００４９】スプール嵌合穴61の内周面には、パイロッ
ト圧供給用環状凹溝63と、パイロット圧出力用環状凹溝
64と、パイロット圧排出用環状凹溝65とが形成され、一
方、パイロットスプール62には、移動係止凸部66と、第
１のランド部67と、中間軸部68と、第２のランド部69
と、連結軸部70とが一体に形成されている。

【００５０】第１のランド部67および第２のランド部69
は、同径に形成され、それらの相互に対向する面の周縁
部には、メータリング開度制御用のメータリングノッチ
71，72がそれぞれ形成されている。

【００５１】さらに、前記スプール嵌合穴61の図示右側
には、前記移動係止凸部66によりバネ室73が確保され、
このバネ室73にパイロットスプール62を図示左方へ押圧
する圧縮コイルバネ74が設けられ、一方、スプール嵌合
穴61の図示左側に位置する室75の内周面には、リング状
のストッパ76が嵌着され、このストッパ76により第２の
ランド部69が係止可能となっている。さらに、第１のラ
ンド部67と第２のランド部69との間には流体通路となる
凹部空間77が形成されている。

【００５２】そして、前記パイロット圧供給用環状凹溝
63にパイロットポンプなどのパイロット圧源78が接続さ
れ、前記バネ室73と、前記パイロット圧排出用環状凹溝
65と、図示左側の室75とがタンク７に接続されている。

【００５３】パイロット圧供給用環状凹溝63およびパイ
ロット圧排出用環状凹溝65と、２つのメータリングノッ
チ71，72との位置関係は、パイロットスプール62がスト
ッパ76で係止された位置では、第１のランド部67のメー
タリングノッチ71はパイロット圧供給用環状凹溝63を閉
止し、第２のランド部69のメータリングノッチ72はパイ
ロット圧排出用環状凹溝65を十分開口するポジションと
なる。

【００５４】また、前記パイロット圧出力用環状凹溝64
は、通路79により前記メータインバルブA2IMV のパイロ
ット圧作用室51に連通されている。

【００５５】この通路79によりパイロット圧作用室51へ
伝えられるパイロット制御圧（以下、このパイロット制
御圧を「制御中間圧」という）は、パイロット圧源78か
らパイロットスプール62に供給されるパイロット元圧
と、前記メータリングノッチ71，72の位置とにより決ま
る。パイロット元圧は、設定値に保たれ、メータリング
ノッチ71，72の位置は、パイロットスプール62を駆動す
るスプール駆動部としてのプッシュソレノイド81への指
令値により決まる。

【００５６】このプッシュソレノイド81は、パイロット
スプール62に対して設けられた前記圧縮コイルバネ74と
反対側にて弁本体21に設置され、このプッシュソレノイ
ド81の可動軸部にパイロットスプール62の連結軸部70の
端面が当接されている。

【００５７】このプッシュソレノイド81には、コントロ
ーラ82から出力されたコマンド信号（電流）に比例する
推力が発生する。コントローラ82は、中央演算処理装置
（以下、これを「ＣＰＵ」という）、リードオンリメモ
リ（ＲＯＭ）およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）
などを備えて演算機能を有する。

【００５８】このコントローラ82の入力部には、複数の
電気ジョイスティックなどの操作器としての操作レバー
83からの操作信号を入力する信号線84と、前記ポンプ吐
出圧センサ11からのポンプ吐出圧信号を入力する信号線
85と、前記ストロークセンサ50からのメータインスプー
ル36のストローク信号を入力する信号線86とが、それぞ
れ接続されている。

【００５９】また、このコントローラ82の出力部には、
もう一方のメータインバルブA1IMVを制御するための同
様のパイロットバルブ駆動用のプッシュソレノイドにコ
マンド信号（電流）を出力する信号線や、メータアウト
バルブA3IMV ，A4IMV を制御するソレノイドにコマンド
信号を出力する信号線などが接続されている。

【００６０】さらに、他の流体圧アクチュエータ2aを制
御する他のブリッジ回路3aも、前記ブリッジ回路３のメ
ータインバルブA2IMV と全く同様のメータインバルブを
有し、それらのメータインバルブは前記パイロットバル
ブ17と同様のパイロットバルブにより制御される。

【００６１】要するに、本装置は、 （１） メータインスプール36に、スプールストローク
を検出するストロークセンサ50と、メータイン開度を制
御する絞り部46と、通路16の負荷圧を導入するスロット
48と、その負荷圧を受けるドーナツエリア状の負荷圧受
圧面47とが、それぞれ設けられている。

【００６２】（２） メータインスプール36のストロー
クを制御するパイロット圧は、パイロットバルブ17のパ
イロットスプール62から出力される制御中間圧であり、
この制御中間圧は、パイロットスプール62に供給される
上流側のパイロット元圧と、パイロットスプール62に形
成されたメータリングノッチ71，72の位置とにより決ま
り、このメータリングノッチ71，72の位置すなわちパイ
ロットスプール62のストロークは、パイロットスプール
62を復帰方向へ付勢する圧縮コイルバネ74の付勢力と、
この圧縮コイルバネ74に抗してパイロットスプール62を
押圧するプッシュソレノイド81の推力（Ｆp ）とのバラ
ンスで決定される。

【００６３】（３） メータインスプール36の下流側の
通路16の圧力は、上流側の通路14の圧力を、メータイン
スプール36の絞り部46でそのストロークに応じて絞込む
ことにより、減圧制御するものである。

【００６４】次に、この図１に示された実施形態の作用
効果を説明する。

【００６５】（１） 図中右下部の操作レバー83が中立
にあり、コマンド信号がパイロットスプール62のプッシ
ュソレノイド81に与えられないときは、パイロットスプ
ール62は圧縮コイルバネ74で図中左方向に押されてスト
ッパ76により係止され、第１のランド部67のメータリン
グノッチ71はパイロット圧供給用環状凹溝63を閉止し、
第２のランド部69のメータリングノッチ72はパイロット
圧排出用環状凹溝65に十分開口するポジションとなり、
通路79の制御中間圧はドレン圧となり、メータインスプ
ール36は圧縮コイルバネ55で図示上方に押され、絞り部
46は閉止されている。

【００６６】（２） 操作レバー83が操作されると、共
通バイパス弁８が漸次閉止するとともに、ポンプ吐出量
が漸次増大する。同時に、コントローラ82よりプッシュ
ソレノイド81へ操作レバー量に応じたコマンド信号（電
流）が供給され、プッシュソレノイド81にて推力（Ｆp
）が発生し、パイロットスプール62は、圧縮コイルバ
ネ74のバネ力に抗して図示右方へ移動する。

【００６７】これにより、第１のランド部67のメータリ
ングノッチ71が漸次開くとともに、第２のランド部69の
メータリングノッチ72が漸次閉じ、両者の相対的な位置
関係に応じた制御中間圧が、パイロット圧出力用環状凹
溝64より通路79に発生し、メータインバルブA2IMV のパ
イロット圧作用室51に導入され、そのメータインスプー
ル36のパイロット圧作用面45に印加され、メータインス
プール36は圧縮コイルバネ55に抗して図示下方へシフト
するため、メータインスプール36の絞り部46は次第に開
口する。

【００６８】（３） ポンプ吐出圧が共通バイパス弁８
の絞込みにより昇圧して、シリンダ負荷圧を超えると、
通路12から通路14、メータインスプール36の絞り部46お
よび通路16を経た作動流体（圧油）が流体圧アクチュエ
ータ２へ供給され始める。

【００６９】このとき、通路16の負荷圧は、メータイン
スプール36のスロット48によりドーナツエリア状の負荷
圧受圧面47までフィードバックされてここに作用し、こ
の負荷圧の増加により、負荷圧受圧面47に発生する図示
上向きの力と、圧縮コイルバネ55から作用する上向きの
反発力との合算された力が、メータインスプール36のパ
イロット圧作用面45に作用する制御中間圧による図示下
向きの力に打勝つと、メータインスプール36は上方へシ
フトし、絞り部46により通路14から通路16へ移動する作
動流体を絞り制御する。その結果、通路16の圧力（負荷
圧）が、所定の圧力まで低減すると、前記力関係がバラ
ンスして、メータインスプール36はバランスした位置に
保たれる。

【００７０】（４） コントローラ82は、内蔵のＣＰＵ
により、このコントローラ82より出力される供給電流値
から、プッシュソレノイド81の推力（Ｆp ）とともに、
この推力と一定の関係にあるパイロットスプール62のス
トロークを演算でき、これにより、メータリングノッチ
71，72の各開度をメモリより読み出し、さらに、パイロ
ット圧源78から供給されるパイロット元圧も分かってい
るので、パイロットスプール62のストロークから通路79
の制御中間圧（Ｐc ）を演算できる。

【００７１】さらに、メータインスプール36のパイロッ
ト圧作用面45の受圧面積（Ａu ）および負荷圧受圧面47
の受圧面積（Ａd ）は既知であり、それらのデータは予
め入力されており、また、ストロークセンサ50により検
出されたメータインスプール36のストロークより圧縮コ
イルバネ55のバネ力（Ｆs ）も演算できる。

【００７２】したがって、これらの値から、コントロー
ラ82のＣＰＵは、メータインスプール36に作用する流体
力および摩擦抵抗力が十分小さいときは、下記のつり合
いの式（１）より、通路16の圧力すなわち流体圧アクチ
ュエータ２の負荷圧（ＰL ）を容易に演算でき、各操作
レバー83によってコントローラ82からプッシュソレノイ
ド81へ出力されるコマンド信号で通路79の制御中間圧
（Ｐc ）を制御することにより、この負荷圧（ＰL ）を
コントロールできる。

【００７３】 Ａd ・ＰL ＋Ｆs ＝Ａu ・Ｐc ……（１） （５） コントローラ82のＣＰＵは、ストロークセンサ
50により検出されたメータインスプール36のストローク
から絞り部46の開口面積（Ａr ）も演算でき、ポンプ吐
出圧センサ11で検出されたポンプ吐出圧（Ｐp ）と、上
記のように演算された通路16の負荷圧（ＰL ）とから、
絞り部46の前後差圧（ΔＰ＝Ｐp −ＰL ）を演算し、こ
の前後差圧（ΔＰ）と、上記絞り部46の開口面積（Ａr
）とから、ＣＰＵは、下記の式（２）により、絞り部4
6での通過流量（Ｑr ）を演算でき、制御中間圧（Ｐc
）によりこの通過流量（Ｑr ）もコントロールでき
る。

【００７４】 Ｑr ＝ｃ・Ａr ・（ΔＰ／ρ）^1/2 ……（２） ただし、ｃは流量係数、ρは通過流体の密度を示す （６） よって、操作レバー83およびコントローラ82
は、図３に実線、点線、一点鎖線などの圧力モジュレー
ションカーブで示されるように、各流体圧アクチュエー
タ毎に最も好適な圧力分布特性を達成できるとともに、
図４に実線、点線、一点鎖線などの速度モジュレーショ
ンカーブで示されるように、各流体圧アクチュエータ毎
に最も好適な供給流量（速度）分布特性を達成できる。

【００７５】以上のように、本装置は、減圧制御機能を
持つとともに負荷圧フィードバック用の負荷圧受圧面47
を持つメータインスプール36と、コントローラ82よりプ
ッシュソレノイド81への供給電流でコントロールされる
制御中間圧（Ｐc ）をメータインスプール36のパイロッ
ト圧作用面45に出力するパイロットスプール62とを含む
油圧回路を備えている。

【００７６】また、上記油圧回路において、ストローク
センサ50により検出されたメータインスプール36のスト
ロークに比例する絞り部46の開口面積（Ａr ）と、ポン
プ吐出圧センサ11により検出されたポンプ吐出圧（Ｐp
）と、コントローラ82のＣＰＵで演算された負荷圧
（ＰL ）とから、絞り部46での通過流量（Ｑr ）も演算
できるから、各流体圧アクチュエータにとって個々に好
適な速度モジュレーションコントロールができる。

【００７７】さらに、パイロットスプール制御用のプッ
シュソレノイド81への電流値により通路79の制御中間圧
（Ｐc ）をコントロールして、各流体圧アクチュエータ
にとって個々に好適な圧力モジュレーションコントロー
ルができる。

【００７８】そして、このような特徴は、他の流体圧ア
クチュエータ2aがストールし、共通のポンプ１からのポ
ンプ吐出圧（Ｐp ）がメインリリーフ弁９で決まる高圧
となっても、前記絞り部46での減圧制御により、流体圧
アクチュエータ２の速度および圧力をモジュレーション
制御できる利点を持つ。

【００７９】なお、ロードホールドチェック弁４、メー
タインバルブA1IMV ，A2IMV 、メータアウトバルブA3IM
V ，A4IMV およびパイロットバルブ17は、１つの弁本体
21内にコンパクトに組込んでも良いし、別個に構成して
も良い。

【００８０】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、メータイ
ンスプールのパイロット圧作用面に作用するパイロット
制御圧を操作量と関連して制御することにより、メータ
インスプールの負荷圧受圧面にフィードバックされた流
体圧アクチュエータの負荷圧を任意に制御できる。

【００８１】請求項２記載の発明によれば、コントロー
ラにより、操作量のコマンド信号値からパイロットバル
ブよりメータインスプールに出力されたパイロット制御
圧を把握でき、メータインスプールで制御された流体圧
アクチュエータの負荷圧も把握できるから、流体圧アク
チュエータを、その流体圧アクチュエータにとって最も
好適な操作量対圧力モジュレーション特性で制御でき
る。

【００８２】請求項３記載の発明によれば、ストローク
センサにより検出されたスプールストロークからメータ
インスプールの絞り部の開口面積が分かり、ポンプ吐出
圧センサで検出されたポンプ吐出圧と、請求項２のコン
トローラで制御された負荷圧とから、上記絞り部の前後
差圧も制御でき、この前後差圧と、絞り部の開口面積と
から、絞り部での通過流量を任意に制御でき、流体圧ア
クチュエータを、その流体圧アクチュエータにとって最
も好適な操作量対速度モジュレーション特性で制御でき
る。

【００８３】請求項４記載の発明によれば、一の流体圧
アクチュエータがフルストローク状態となるか負荷抗力
が過大となりストール状態となった場合などの、共通の
ポンプ吐出圧がメインリリーフ弁設定圧まで上昇したと
きでも、他の流体圧アクチュエータを、これに対応する
メータインバルブの絞り部で減圧制御でき、この他の流
体圧アクチュエータに固有のパイロット制御圧により好
適な操作量対圧力モジュレーション特性を達成できる。

【００８４】請求項５記載の発明によれば、一の流体圧
アクチュエータの操作器状態や負荷状態などによりポン
プ吐出圧が変化しても、他の流体圧アクチュエータを、
これに対応するメータインバルブの絞り部で適切に流量
制御でき、この他の流体圧アクチュエータに固有のパイ
ロット制御圧により好適な操作量対速度モジュレーショ
ン特性を達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る流体圧アクチュエータの制御装置
の一実施の形態を示す断面図および油圧回路図である。

【図２】メータイン・メータアウト分離型の制御回路を
示す油圧回路図である。

【図３】操作レバーの操作量と流体圧アクチュエータ作
動圧との関係を示す圧力（力）モジュレーションカーブ
の特性図である。

【図４】操作レバーの操作量と流体圧アクチュエータ速
度との関係を示す速度モジュレーションカーブの特性図
である。

【符号の説明】

１ ポンプ ２ 流体圧アクチュエータ ３ ブリッジ回路 A1IMV ，A2IMV メータインバルブ A3IMV ，A4IMV メータアウトバルブ 11 ポンプ吐出圧センサ 17 パイロットバルブ 36 メータインスプール 45 パイロット圧作用面 46 絞り部 47 負荷圧受圧面 50 ストロークセンサ 55 バネ 82 コントローラ 83 操作器としての操作レバー

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2D003 AA01 BA01 BA02 BB02 CA03 DA03 DA04 DB02 DB05 3H089 AA16 AA20 AA25 AA73 BB15 BB17 BB19 CC11 DA03 DB12 DB75 EE03 EE22 EE36 FF05 FF08 FF12 GG02 JJ01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポンプから吐出されて流体圧アクチュエ
   ータに供給される作動流体の流量を外部からの操作量と
   関連する制御信号により制御するメータインバルブと、 流体圧アクチュエータから排出される作動流体の流量を
   外部からの操作量と関連する制御信号により制御するメ
   ータアウトバルブとを備え、 メータインバルブは、 作動流体を絞り部にて絞り制御するメータインスプール
   と、 メータインスプールを閉方向に押圧するバネと、 メータインスプールに形成され流体圧アクチュエータ側
   からフィードバックされた負荷圧を受けてメータインス
   プールを閉方向に押圧する力を発生させる負荷圧受圧面
   と、 メータインスプールに形成され外部から導入された操作
   量と関連するパイロット制御圧を受けてメータインスプ
   ールを開方向に押圧する力を発生させるパイロット圧作
   用面とを具備したことを特徴とする流体圧アクチュエー
   タの制御装置。
2. 【請求項２】 操作量を演算処理してコマンド信号を出
   力するコントローラと、 このコントローラから出力されたコマンド信号により制
   御されメータインスプールのパイロット圧作用面に対し
   パイロット制御圧を出力するパイロットバルブとを具備
   したことを特徴とする請求項１記載の流体圧アクチュエ
   ータの制御装置。
3. 【請求項３】 ポンプから吐出された作動流体のポンプ
   吐出圧を検出するポンプ吐出圧センサと、 メータインスプールの作動ストロークを検出するストロ
   ークセンサとを具備したことを特徴とする請求項２記載
   の流体圧アクチュエータの制御装置。
4. 【請求項４】 メータインバルブは、共通のポンプに対
   する複数の流体圧アクチュエータ用のブリッジ回路にそ
   れぞれ設けられたことを特徴とする請求項２記載の流体
   圧アクチュエータの制御装置。
5. 【請求項５】 メータインバルブは、共通のポンプに対
   する複数の流体圧アクチュエータ用のブリッジ回路にそ
   れぞれ設けられたことを特徴とする請求項３記載の流体
   圧アクチュエータの制御装置。