JP2001027206A - 流体圧アクチュエータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体圧アクチュエータの運動エネルギや位置
エネルギを、特別な再生用のバルブ類を必要とせず、効
率良く安価に再生する。 【解決手段】 ポンプ１とこのポンプ１から吐出した作
動流体により作動する流体圧アクチュエータ２bm，２s
t，２bk，２swとの間に、それぞれ独立制御可能なポン
プ側の２個のメータインバルブA1IMV ，A2IMV および流
体圧アクチュエータ側の２個のメータアウトバルブA3IM
V ，A4IMV により形成したブリッジ回路３bm，３st，３
bk，３swを設ける。ポンプ１とブリッジ回路３bm，３s
t，３bk，３swとの間にロードホールドチェック弁４を
設ける。ロードホールドチェック弁４とブリッジ回路３
bm，３st，３bk，３swとの間に流体圧アクチュエータ２
bm，２st，２bk，２swの保有エネルギを蓄えるアキュム
レータ５を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ブリッジ回路を有
する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６に油圧ショベルに用いられている従
来の油圧回路を示す。この図においては走行系を駆動制
御するコントロール弁は示されていない。操作レバー81
の操作量に対応する出力信号がコントローラ82へインプ
ットされ、このコントローラ82より各コントロール弁83
bm，83st，83bk，83swのソレノイドに、そのスプールの
ストロークを制御するコマンドが出力されるとともに、
可変容量型のポンプ84にポンプ吐出量コマンドが出力さ
れる。

【０００３】この可変容量型のポンプ84は、エンジン85
により駆動され、タンク86から吸込んだ作動油を、コン
トローラ82からのポンプ吐出量コマンドに応じて吐出制
御し、ポンプ吐出ラインの各ロードホールドチェック弁
87bm，87st，87bk，87swを経て各コントロール弁83bm，
83st，83bk，83swにポンプ吐出油を供給し、これらの各
コントロール弁83bm，83st，83bk，83swは、出力ライン
88bm，88st，88bk，88swを経て対応する各油圧アクチュ
エータすなわちブームシリンダ89bm、スティックシリン
ダ89st、バケットシリンダ89bkおよびスイングモータ89
swに供給される作動油を方向制御かつ流量制御するとと
もに、戻り油をタンクライン90を経てタンク86へ排出す
る。

【０００４】ブームシリンダ89bmは、油圧ショベルのフ
ロント作業機におけるブームを回動する油圧シリンダで
あり、スティックシリンダ89stはそのスティックを回動
する油圧シリンダであり、バケットシリンダ89bkはその
バケットを回動する油圧シリンダであり、スイングモー
タ89swは、油圧ショベルの下部走行体に対して上部旋回
体を旋回する油圧モータである。

【０００５】そして、例えば、ブームシリンダ89bmでフ
ロント作業機などの重量負荷91を持上げた状態では、ブ
ームシリンダ89bmのヘッド側91h に位置エネルギが多量
の高圧油の形で蓄えられているが、ブームシリンダ89bm
の下降行程では、この高圧油がコントロール弁83bmのメ
ータアウト通路の絞り92を経てタンクライン90へ排出さ
れるので、上記エネルギは熱損失として消失する。

【０００６】また、スイングモータ89swの回転数および
方向制御はコントロール弁83swによりコントロールされ
るが、スイングモータ89swの負荷である回転慣性負荷93
の回転運動エネルギは、コントロール弁83swのスプール
が切換ポジションより中立ブロックポジションに戻され
た時、一対の出力ライン88sw，88sw間に相互に反対向き
に設置されているクロスリリーフバルブ94，85のいずれ
かのリリーフ機能により熱損失として散逸し、有効活用
されない。

【０００７】次に、図７は、図６に示された油圧回路に
加えて、上記スイングモータ89swが回転中の回転運動エ
ネルギを貯蔵するようにした従来の回路構造である。こ
の図７の回路において、スイングモータ89swが回転中に
その回転を停止させるべく、コントロール弁83swのスプ
ールを切換ポジションより中立ブロックポジションに復
帰させたとき、回転慣性負荷93に蓄えられた回転運動エ
ネルギによりスイングモータ89swは依然として回転を続
け、ポンピング作用する。

【０００８】このポンピング作用中のスイングモータ89
swからの吐出油を、一対の出力ライン88sw，88sw間に設
置された高圧選択チェック弁96，97のいずれかにより取
出し、この状況を検出して通路開通側に切換えられたセ
レクタ弁98を経て、高圧シーケンス弁99に供給する。

【０００９】この高圧シーケンス弁99の設定圧力は、ク
ロスリリーフバルブ94，95の設定圧力より若干低めにセ
ットされているので、スイングモータ89swの吐出油はク
ロスリリーフバルブ94，95を通過せず、高圧シーケンス
弁99よりポンプ吐出ラインに設けられたアキュムレータ
100 へ供給され、このアキュムレータ100 内に高圧油と
して貯蔵される。この間に、スイングモータ89swには高
圧シーケンス弁99で決定されるブレーキ圧と停止方向の
トルクが作用して、徐々に停止する。なお、ポンプ84と
アキュムレータ100 との間にはロードホールドチェック
弁101 が設けられ、高圧シーケンス弁99よりアキュムレ
ータ100 へ供給される高圧油がポンプ84へ及ばないよう
になっている。

【００１０】このアキュムレータ100 への貯蔵エネルギ
と、ポンプ吐出部の圧油供給エネルギとが合算されて、
次行程の油圧アクチュエータ始動時にその油圧アクチュ
エータへ供給されるので、エネルギ再生がなされるが、
高圧選択チェック弁96，97、セレクタ弁98、高圧シーケ
ンス弁99などの通過抵抗ロスがあり、また、それらをア
キュムレータ100 以外に設置しなければならないので、
コスト高となるなどのデメリットを抱えている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来は、
油圧源（ポンプ）が回路アクチュエータに作用し、エネ
ルギを供給した後、アクチュエータには位置エネルギま
たは運動エネルギの形でパワーが蓄えられている。従来
は、これらのアクチュエータの運動停止時、あるいは高
位置から低位置への移動時に、それらの運動エネルギや
位置エネルギは、回路内の絞り機能でヒートロスとな
り、外界に放出されて、有効活用されていなかった。

【００１２】また、これを改善すべく、アクチュエータ
の一部の保有エネルギを特別な弁を介してアキュムレー
タに保存しようとする試みもなされたが、それらの弁で
の通過抵抗ロスがあり、機能的に大きな効果が期待され
ないとともに、コスト面での限界もあった。

【００１３】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、流体圧アクチュエータの運動エネルギや位置エネ
ルギを、特別な再生用のバルブ類を必要とせず、効率良
く安価に再生できるようにすることを目的とするもので
ある。

【００１４】

【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、ポンプおよびこのポンプから吐出された作動流体
により作動される流体圧アクチュエータの間に設けられ
それぞれ独立制御可能なポンプ側の対をなすメータイン
バルブおよび流体圧アクチュエータ側の対をなすメータ
アウトバルブにより形成したブリッジ回路と、ポンプと
ブリッジ回路との間に設けられたロードホールドチェッ
ク弁と、ロードホールドチェック弁とブリッジ回路との
間に設けられ流体圧アクチュエータの保有エネルギを蓄
えるアキュムレータと、メータインバルブおよびメータ
アウトバルブを制御するコントローラとを具備した流体
圧アクチュエータの制御装置である。

【００１５】そして、独立制御可能な対をなすメータイ
ンバルブおよび対をなすメータアウトバルブにより作動
流体を自在に方向制御および流量制御して、流体圧アク
チュエータの保有エネルギ（運動エネルギおよび位置エ
ネルギ）を、特別な再生用のバルブ類を必要とせずアキ
ュムレータに貯蔵できるから、再生用のバルブ類を用い
た場合より大きなエネルギ再生効率が得られ、アキュム
レータに蓄えられた保有エネルギをポンプからの吐出エ
ネルギと合わせて用いることにより、流体圧アクチュエ
ータの作動スピードを速めたり、ポンプ駆動エネルギを
節約する。

【００１６】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、共通の
ポンプに対して複数の流体圧アクチュエータおよびブリ
ッジ回路が並列に設けられ、複数の流体圧アクチュエー
タおよびブリッジ回路に対して共通のアキュムレータが
設けられたものである。

【００１７】そして、一の流体圧アクチュエータの停止
後、次の作業行程で他の流体圧アクチュエータを駆動す
る場合に、共通のアキュムレータに蓄えられた保有エネ
ルギをポンプよりのパワーと合算させて他の流体圧アク
チュエータに対し有効に活用し、複数の流体圧アクチュ
エータ間で優れたエネルギ再生効率が得られるようにす
る。

【００１８】請求項３に記載された発明は、請求項１ま
たは２記載の流体圧アクチュエータの制御装置における
メータインバルブが、ポンプから流体圧アクチュエータ
に供給される作動流体を制御するポペット弁と、このポ
ペット弁を閉じる方向に圧力を作用させる圧力室と、ポ
ンプ吐出圧力と流体圧アクチュエータ側の負荷圧力とで
高い方の圧力を選択して前記圧力室に導く高圧選択手段
とを具備したものである。

【００１９】そして、メータインバルブは、ポンプ吐出
圧力より高い流体圧アクチュエータ側の負荷圧力を高圧
選択手段により圧力室に導くことにより、流量制御可能
なポペット弁がロードホールドチェック弁機能も有する
から、従来の各コントロール弁毎に必要であった各ロー
ドホールドチェック弁を省略して、メータインバルブを
コンパクト化できる。

【００２０】請求項４に記載された発明は、請求項１乃
至３のいずれかに記載の流体圧アクチュエータの制御装
置におけるコントローラが、一方のメータインバルブを
開くとともに他方のメータインバルブ側のメータアウト
バルブを開いた運転状態から、２つのメータインバルブ
を共に開くエネルギ貯蔵状態に制御するものである。

【００２１】そして、シリンダ型の流体圧アクチュエー
タが重量負荷を持上げた状態で保有する位置エネルギ
を、重量負荷の下降行程でアキュムレータに貯蔵する。

【００２２】請求項５に記載された発明は、請求項１乃
至３のいずれかに記載の流体圧アクチュエータの制御装
置におけるコントローラが、一方のメータインバルブを
開くとともに他方のメータインバルブ側のメータアウト
バルブを開いた運転状態から、他方のメータインバルブ
の絞り開度のみを制御するエネルギ貯蔵状態に制御する
ものである。

【００２３】そして、モータ型の流体圧アクチュエータ
が慣性負荷を回転させた状態で保有する運動エネルギ
を、回転慣性負荷の制動時にアキュムレータに貯蔵す
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
乃至図５を参照しながら説明する。

【００２５】図１は、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、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と、負荷を駆動するシリンダ型の流体圧
アクチュエータ２bm，２st，２bkおよびモータ型の流体
圧アクチュエータ２swとの間には、独立制御可能なポン
プ側の２個のメータインバルブA1IMV ，A2IMV と、独立
制御可能な流体圧アクチュエータ側の２個のメータアウ
トバルブA3IMV ，A4IMV とを組合せたブリッジ回路３b
m，３st，３bk，３swがそれぞれ設けられている。

【００２６】流体圧アクチュエータ２bmおよびブリッジ
回路３bmは、油圧ショベルのフロント作業機におけるブ
ームを回動するブームシリンダ用であり、流体圧アクチ
ュエータ２stおよびブリッジ回路３stはスティックを回
動するスティックシリンダ用であり、流体圧アクチュエ
ータ２bkおよびブリッジ回路３bkはバケットを回動する
バケットシリンダ用であり、また、流体圧アクチュエー
タ２swおよびブリッジ回路３swは油圧ショベルの下部走
行体に対し上部旋回体を旋回（スイング）させるスイン
グモータ用である。

【００２７】また、ポンプ１の吐出口には、ポンプ側へ
の逆流防止用のロードホールドチェック弁４と、流体圧
アクチュエータの保有エネルギを蓄えるアキュムレータ
５とを直列に設置したポンプ吐出通路６が接続されてい
る。

【００２８】アキュムレータ５は、容器内のブラダまた
はピストンなどを介し密閉された空間に圧縮性流体を封
入してなり、この圧縮性流体を圧縮しながら容器内に高
圧の作動流体（作動油）を蓄えるエネルギ貯蔵用の高圧
アキュムレータである。

【００２９】また、ポンプ吐出通路６は、分岐された通
路６bm，６st，６bk，６swにより各ブリッジ回路３bm，
３st，３bk，３swに接続されている。

【００３０】さらに、ポンプ吐出通路６とタンク７との
間には、各ブリッジ回路３bm，３st，３bk，３swの制御
時に連動して制御されポンプ１から吐出された作動流体
の各ブリッジ回路３bm，３st，３bk，３swへの供給量を
制御する共通バイパス弁８と、ポンプ吐出圧力の上限を
設定するメインリリーフ弁９とが設けられている。

【００３１】前記ポンプ１、アキュムレータ５、共通バ
イパス弁８およびメインリリーフ弁９は、複数の流体圧
アクチュエータ２bm，２st，２bk，２swおよびブリッジ
回路３bm，３st，３bk，３swに対して共通に設けられた
ものである。

【００３２】各ブリッジ回路３bm，３st，３bk，３swの
メータインバルブA1IMV ，A2IMV は、パイロット流量増
幅型のポペット弁（以下、このポペット弁を「メータイ
ンポペット弁41」と称する）を中心に構成されたもの
で、操作手段としての操作レバー10の操作量に応じてコ
ントローラ11より出力された電気信号で作動されるメー
タインパイロットスプール54によりモジュレーション制
御され、また、各ブリッジ回路３bm，３st，３bk，３sw
のメータアウトバルブA3IMV ，A4IMV は、パイロット流
量増幅型のポペット弁（以下、このポペット弁を「メー
タアウトポペット弁22」と称する）を中心に構成された
もので、操作レバー10の操作量に応じてコントローラ11
より出力された電気信号で作動されるメータアウトパイ
ロットスプール33によりモジュレーション制御される。

【００３３】この回路において、例えば流体圧アクチュ
エータ２bmを負荷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
せると共に、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。

【００３４】一方、上記流体圧アクチュエータ２bm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共に、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。このような制御は操作レバー10によりコントローラ
11を介してなされる。

【００３５】図２は、図１に示された４つのブリッジ回
路のうちの一つのブリッジ回路３bmを拡大したものであ
り、以下に、このブリッジ回路３bmの構造を詳細に説明
する。なお、他のブリッジ回路３st，３bk，３swは、ブ
リッジ回路３bmと同様のものであるから、構造説明は省
略する。

【００３６】図２に示されるように、ポンプ吐出通路６
は、他のブリッジ回路３st，３bk，３swに連通するポン
プ吐出通路６´と通路６bmとに分岐され、通路６bmは、
流体圧アクチュエータ２bmを制御する２つのメータイン
バルブA1IMV ，A2IMV にそれぞれ連通する通路12，13に
分岐されている。

【００３７】これらのメータインバルブA1IMV ，A2IMV
は、通路14，15により２つのメータアウトバルブA3IMV
，A4IMV にそれぞれ接続され、これらのメータアウト
バルブA3IMV ，A4IMV を経たタンク通路16，17はタンク
７に接続されている。

【００３８】さらに、このブリッジ回路３bmの上側に図
示されたメータインバルブA1IMV とメータアウトバルブ
A3IMV とを経て引出された通路14a は、流体圧アクチュ
エータ２のピストン2pよりロッド側が位置する室（以
下、「ロッド側室2r」という）に接続され、また、下側
に図示されたメータインバルブA2IMV とメータアウトバ
ルブA4IMV とを経て引出された通路15a は、流体圧アク
チュエータ２のピストン2pよりヘッド側に位置する室
（以下、「ヘッド側室2h」という）に接続されている。

【００３９】前記各メータアウトバルブA3IMV ，A4IMV
を説明すると、バルブハウジング21内にそれぞれ設けら
れたメータアウトポペット弁22を中心に構成されてお
り、バルブハウジング21内にそれぞれ形成された弁室23
にて各メータアウトポペット弁22がそれぞれ変位自在に
設けられ、各弁室23に流体圧アクチュエータ２bmよりの
戻り通路14a ，15a がそれぞれ連通されている。

【００４０】これらのメータアウトポペット弁22の側面
部には、各メータアウトポペット弁22の軸方向変位が大
きくなるにしたがって、それぞれの開口面積が比例的に
拡大変化する可変スロット25がそれぞれ軸方向に形成さ
れている。

【００４１】これらの可変スロット25は、各メータアウ
トポペット弁22の反対側端部にそれぞれ形成されたリタ
ーン流量制御部26がシート部27に着座している状態で、
バルブハウジング21内にそれぞれ形成されたバネ室28と
連通する若干の開口25a を有する。それぞれのシート部
27は、タンク通路16，17によりそれぞれタンク７に連通
されている。

【００４２】これらのメータアウトポペット弁22に対す
る各バネ室28には、リターン流量制御部26をシート部27
側へ押圧する方向すなわち閉じ方向に押圧する圧縮コイ
ルバネ29がそれぞれ内蔵されている。

【００４３】また、各メータアウトポペット弁22の開度
を制御する手段として、各バネ室28から各タンク通路1
6，17にわたって通路31および通路32がそれぞれ引出さ
れ、各通路31中にはメータアウトパイロットスプール33
がそれぞれ介在されている。

【００４４】これらのメータアウトパイロットスプール
33は、各バネ室28をコントローラ11からの電気信号に応
じてドレン制御するもので、各メータアウトパイロット
スプール33に対してそれぞれ配置されたコイルバネ34
と、これらのコイルバネ34に抗してメータアウトパイロ
ットスプール33をそれぞれ位置制御する電磁アクチュエ
ータ35とを備えている。

【００４５】さらに、前記各通路31と並列に通路36がそ
れぞれ設けられ、これらの通路36中に、過負荷防止用の
リリーフ弁機能を持つシーケンスバルブ37がそれぞれ介
在されている。

【００４６】これらのシーケンスバルブ37には、各シー
ケンスバルブ37を閉止する方向に作用する圧縮コイルバ
ネ38と電磁アクチュエータ39とがパラレルにそれぞれ設
けられ、また、流体圧アクチュエータ２bmよりの戻り通
路14a ，15a が通路40により各シーケンスバルブ37の反
対側にそれぞれ導かれている。

【００４７】これにより、流体圧アクチュエータ２bmよ
りの戻り通路14a ，15a に過大な負荷圧力が生じたと
き、各シーケンスバルブ37が圧縮コイルバネ38および電
磁アクチュエータ39の推力の加算値に抗して開口し、各
メータアウトポペット弁22のバネ室28をそれぞれドレン
制御することにより、各メータアウトポペット弁22のリ
ターン流量制御部26をそれぞれ開口するものである。各
電磁アクチュエータ39は、リリーフ弁としての設定圧力
をそれぞれ可変制御する機能を有する。

【００４８】このように構成された各メータアウトポペ
ット弁22において、流体圧アクチュエータ２bmよりの戻
り流量Ｑのうち一部の流量ｑは、パイロット可変スロッ
ト25の開口25a よりバネ室28に流入する。メータアウト
ポペット弁22のストローク制御は、バネ室28に連通した
メータアウトパイロットスプール33の開度制御で達成さ
れ、このメータアウトパイロットスプール33を通過する
流量は、図中ｑ₂ で示されている。なお、シーケンスバ
ルブ37へ向かうパイロット流量ｑ₁ はシーケンスバルブ
37の閉止時にはゼロであり、そのときはｑ＝ｑ₂ とな
る。

【００４９】このメータアウトポペット弁22のストロー
ク制御により、リターン流量制御部26が弁シート部27の
開度を制御するから、主流量ＬＱがコントロールされ、
この主流量ＬＱは、あたかもメータアウトパイロットス
プール33でのパイロット流量ｑ₂ が増幅された様相を示
す。

【００５０】一方、このメータアウトパイロットスプー
ル33が閉止し、流量ｑ₂ も主流量ＬＱもゼロ値となって
いるときに、流体圧アクチュエータ２bmよりの戻り通路
14a，15a の戻り圧力が上昇し、通路40を経てシーケン
スバルブ37に作用する力が圧縮コイルバネ38および電磁
アクチュエータ39の推力の加算値に打ち勝つと、シーケ
ンスバルブ37が開口し、パイロット流量ｑ₁ が流れ始め
（このときはｑ＝ｑ₁となる）、メータアウトポペット
弁22の可変スロット25の開口25a の前後に差圧が生じ、
メータアウトポペット弁22はバネ室28側へ移動し、シー
ト部27が開口し、主流量ＬＱが発生することにより、流
体圧アクチュエータ２bmよりの戻り通路14a または15a
の戻り圧力が異常上昇することを抑えて、ほぼシーケン
スバルブ37に作用する圧縮コイルバネ38および電磁アク
チュエータ39の推力の加算値により設定された一定の圧
力値で整定するリリーフ弁機能を有する。

【００５１】次に、図２に示されるように、前記メータ
インバルブA1IMV ，A2IMV は、バルブハウジング21の内
部に設けられたメータインポペット弁41を中心に構成さ
れており、この点は、メータアウトバルブA3IMV ，A4IM
V と同様であるが、メータインポペット弁41自体の構造
と、そのパイロット制御手段はメータアウトバルブA3IM
V ，A4IMV と異なる。

【００５２】メータインバルブA1IMV ，A2IMV の構造を
詳細に説明すると、前記メータインポペット弁41は、高
圧選択手段としてのシャトル弁42を持ち、このシャトル
弁42に対する一方の入口側に形成された通路43は、ポン
プ吐出通路６に連通された通路12，13に開口され、ポン
プ吐出圧力をシャトル弁42に導く。

【００５３】また、シャトル弁42に対する他方の入口側
に形成された通路44は、流体圧アクチュエータ２bmのロ
ッド側室2rおよびヘッド側室2hに通路14，15を経て連通
された環状空間45に開口され、流体圧アクチュエータ２
bmの負荷圧力をシャトル弁42に導き、シャトル弁42は、
ポンプ吐出圧力と負荷圧力とで高圧側を選択する。

【００５４】このシャトル弁42の出力側に形成されたポ
ペット弁内の通路46は、メータインポペット弁41の外周
に加工された可変スロット47に連通されている。この可
変スロット47は、メータインポペット弁41の移動ストロ
ークに応じて開口面積が増加する。

【００５５】この可変スロット47は、メータインポペッ
ト弁41の流量制御部48がシート部49に着座している状態
で、バルブハウジング21内に形成された圧力室としての
バネ室51と連通する若干の開口47a を有するものであ
る。

【００５６】前記メータインポペット弁41に対するバネ
室51には、メータインポペット弁41の流量制御部48をシ
ート部49に押圧するバネとしての圧縮コイルバネ52が設
けられ、このバネ室51は、通路53により、メータインパ
イロットスプール54が摺動する嵌合穴に連通されてい
る。

【００５７】このメータインパイロットスプール54は、
コントローラ11からの電気信号値に応じて励磁される電
磁アクチュエータ56の押圧力と、圧縮コイルバネ64の付
勢力とがバランスする位置にストローク制御される。

【００５８】さらに、メータインパイロットスプール54
には、第１のメータリングノッチ69と第２のメータリン
グノッチ70とが設けられ、これらのメータリングノッチ
69，70は、メータインパイロットスプール54の切換位置
で上流側の前記通路53により前記メータインポペット弁
41のバネ室51に連通可能となっている。

【００５９】そして、一方の電磁アクチュエータ56の励
磁によりメータインパイロットスプール54が図３中のＡ
方向に移動すると、バネ室51からの通路53が第１のメー
タリングノッチ69により通路73に連通され、さらに流体
圧アクチュエータ２bmへの通路14または15に連通され
る。

【００６０】さらに、他方の電磁アクチュエータ56の励
磁によりメータインパイロットスプール54が図３中のＢ
方向に移動すると、バネ室51からの通路53が第２のメー
タリングノッチ70により通路74に連通され、さらに通路
12または13に連通される。

【００６１】次に、図１および図２に示された実施形態
の作用を、図３乃至図５を参照しながら説明する。

【００６２】先ず、概略的な作用を説明すると、操作レ
バー10を操作することにより、この操作レバー10から発
信された電気信号がコントローラ11で演算処理され、こ
のコントローラ11より出力された電気信号（電流）によ
り、ポンプ１の容量可変制御部、共通バイパス弁８の電
磁アクチュエータ、メータインバルブA1IMV ，A2IMVの
メータインパイロットスプール54の電磁アクチュエータ
56およびメータアウトバルブA3IMV ，A4IMV のメータア
ウトパイロットスプール33の電磁アクチュエータ35が、
それぞれ電気信号値に応じて励磁あるいは非励磁制御さ
れ、ポンプ１から流体圧アクチュエータ２bmのロッド側
室2rおよびヘッド側室2hの一方に供給されるとともに他
方からタンク７に排出される作動流体の方向および流量
が制御される。

【００６３】このアクチュエータ制御回路におけるメー
タインバルブA1IMV ，A2IMV およびメータアウトバルブ
A3IMV ，A4IMV は、流体圧アクチュエータ２bmのロッド
側室2rおよびヘッド側室2hにつながるメータイン通路お
よびメータアウト通路の開度制御をそれぞれが独立して
実施できるから、制御自由度が高い。

【００６４】（１）パイロット流量増幅機能 メータインパイロットスプール54のメータリングノッチ
69または70が開口制御されると、ポンプ吐出側の通路12
または13の圧力とアクチュエータ負荷側の通路14または
15の圧力のうちの高圧側が、シャトル弁42により選択さ
れてメータインポペット弁41のバネ室51に導かれ、さら
に通路53よりメータインパイロットスプール54のメータ
リングノッチ69または70を経て通路73または74へ流出す
るパイロット流量が発生する。

【００６５】このパイロット流量の増加にしたがってメ
ータインポペット弁41のバネ室51の圧力が減少し、可変
スロット47の開口47a の前後に差圧が発生するので、こ
の差圧によりメータインポペット弁41がストローク制御
され、その流量制御部48がシート部49よりリフトし、通
路12または13と通路14または15との間で、上記パイロッ
ト流量に応じて制御された主流量が発生する。すなわ
ち、パイロット流量増幅機能を有している。

【００６６】（２）ロードホールドチェック弁機能 メータインバルブA1IMV ，A2IMV は、メータインパイロ
ットスプール54を図３中のＡ方向に切換えると、ポンプ
吐出圧力がアクチュエータ負荷圧力より高いときに、通
路12または13から、通路43、シャトル弁42、通路46、可
変スロット47の開口47a 、バネ室51、通路53、メータイ
ンパイロットスプール54のメータリングノッチ69および
通路73を経て通路14または15に抜けるパイロット流量が
生じ、メータインポペット弁41は、このパイロット流量
に応じて可変スロット47の開口47a で生じた差圧により
リフトし、ポンプ吐出側の通路12または13からアクチュ
エータ側の通路14または15への方向すなわちＡ方向にだ
け作動流体を流すように開弁する。

【００６７】このようにメータインバルブA1IMV ，A2IM
V が開弁しているとき、もし流体圧アクチュエータ２bm
の負荷圧力がメインポンプ１のポンプ吐出圧力より高く
なると、シャトル弁42で低圧側のポンプ吐出圧が遮断さ
れ、図中の通路44よりシャトル弁42、通路46、可変スロ
ット47の開口47a を経てバネ室51に高圧側のアクチュエ
ータ負荷圧力が導入されて、メータインポペット弁41は
閉止する。すなわち、ロードホールドチェック弁機能を
有している。

【００６８】また、逆にメータインパイロットスプール
54を図３中のＢ方向に切換えると、アクチュエータ側の
負荷圧力がポンプ吐出圧力より高いときは、通路14また
は15から、通路44、シャトル弁42、通路46、可変スロッ
ト47の開口47a 、バネ室51、通路53、第２のメータリン
グノッチ70および通路74を経て通路12または13に抜ける
パイロット流量が生じ、このパイロット流量に応じて生
じる差圧により、メータインポペット弁41は開弁し、ア
クチュエータ側の通路14または15よりポンプ吐出側の通
路12または13に、すなわちＢ方向にだけ油を流すべく開
弁する。

【００６９】この機能中にポンプ吐出圧力がアクチュエ
ータ負荷圧力より高くなると、シャトル弁42で低圧側の
アクチュエータ負荷圧力が遮断されメータインポペット
弁41のバネ室51に高圧側のポンプ吐出圧力が導入され、
メータインポペット弁41は閉止する。すなわち、逆方向
にも前記の同様のロードホールドチェック弁機能を有し
ている。

【００７０】（３）エネルギ貯蔵、再生機能 図４（ａ）は、コントローラ11からの電気信号により、
流体圧アクチュエータ２bmの一方の通路側となるヘッド
側の一方のメータインバルブA2IMV を開くとともに、流
体圧アクチュエータ２bmの他方の通路側となるロット側
の他方のメータインバルブA1IMV 側のメータアウトバル
ブA3IMV を開いた運転状態を示す。これらメータアウト
バルブA3IMV および一方のメータインバルブA2IMV は、
対角線上に位置している。

【００７１】すなわち、流体圧アクチュエータ（ブーム
シリンダ）２bmをその重量負荷Ｗを持上げる方向に伸張
させるときは、メータインバルブA2IMV のメータインパ
イロットスプール54をＡ方向に切換えて、そのメータイ
ンポペット弁41を開き、通路13を通路15に連通させ、ま
た、共通バイパス弁８を閉止し、可変容量型のポンプ１
の吐出流量を増加させるとともに、メータアウトバルブ
A3IMV のメータアウトパイロットスプール33を開通方向
に切換えて、そのメータアウトポペット弁22をリフトさ
せて、戻り通路14a をタンク通路16に連通させる。これ
により、ポンプ吐出油は、開弁状態のメータインバルブ
A2IMV 、メータアウトバルブA4IMV の弁室23を経て流体
圧アクチュエータ２bmのヘッド側室2hに供給され、ロッ
ド側室2rからの戻り油は、開弁状態のメータアウトバル
ブA3IMV を経てタンク７へ排出される。このようにして
十分伸張された流体圧アクチュエータ２bmのヘッド側に
は、位置エネルギが蓄えられている。

【００７２】さらに、図４（ｂ）は、上記の状態より全
バルブを閉止してからコントローラ11からの電気信号に
より、２つのメータインバルブA1IMV ，A2IMV を共に開
いて、エネルギ貯蔵状態に制御した場合を示す。

【００７３】すなわち、流体圧アクチュエータ２bmを収
縮させるときは、ヘッド側のメータインバルブA2IMV の
メータインパイロットスプール54をＢ方向に切換えると
ともに、メータインバルブA1IMV のメータインパイロッ
トスプール54をＡ方向に切換えると、重量負荷Ｗにより
下向きに作用されたピストン2pにより流体圧アクチュエ
ータ２bmのヘッド側室2hから押出された戻り圧油は、メ
ータインバルブA2IMVのメータインポペット弁41を開い
てＢ方向に逆流し、その一部はメータインバルブA1IMV
を経てロッド側室2rへ供給される。また、戻り圧油の残
りは通路６bmを逆流してアキュムレータ５に蓄えられ
る。このため、従来回路で必要であった再生用の余分な
バルブ類がなくても、エネルギの回生が可能となる。

【００７４】また、図５（ａ）は、コントローラ11から
の電気信号により、流体圧アクチュエータ２swの一方の
通路側となる図示下側の一方のメータインバルブA2IMV
を開くとともに、流体圧アクチュエータ２swの他方の通
路側となる図示上側の他方のメータインバルブA1IMV 側
のメータアウトバルブA3IMV を開いた運転状態を示す。
これらメータアウトバルブA3IMV および一方のメータイ
ンバルブA2IMV は、対角線上に位置している。

【００７５】すなわち、流体圧アクチュエータ（スイン
グモータ）２swにより負荷Ｔを回転させるときは、メー
タインバルブA2IMV のメータインパイロットスプール54
をＡ方向に切換えて、そのメータインポペット弁41を開
き、また、共通バイパス弁８を閉止し、可変容量型のポ
ンプ１の吐出流量を増加させるとともに、メータアウト
バルブA3IMV のメータアウトパイロットスプール33を開
通側へ切換えて、そのメータアウトポペット弁22をリフ
トさせて、戻り通路14a をタンク通路16に連通させる。
これにより、メータインバルブA2IMV より流体圧アクチ
ュエータ２swの一方のポートにポンプ吐出油が供給さ
れ、他方のポートからの戻り油がメータアウトバルブA3
IMV を経てタンク７へ排出される間は、流体圧アクチュ
エータ２swにより負荷Ｔが回転され、回転中の回転慣性
負荷Ｔには運動エネルギが蓄えられている。

【００７６】さらに、図５（ｂ）は、コントローラ11か
らの電気信号により、図示上側のメータインバルブA1IM
V の絞り開度のみを制御するエネルギ貯蔵状態を示す。

【００７７】すなわち、流体圧アクチュエータ２swの回
転慣性負荷Ｔを停止させる場合は、流体圧アクチュエー
タ２swがメータアウトバルブA3IMV 側へ作動油を吐出供
給しているとして、そのメータアウトパイロットスプー
ル33を閉止状態にしてメータアウトポペット弁22により
リターンラインを閉じ、メータインバルブA1IMV のメー
タインパイロットスプール54をＢ方向に適当量移動さ
せ、そのメータインポペット弁41の入口部に適度な絞り
開度を持たせて流体圧アクチュエータ２swからの戻り圧
油を適度な絞り抵抗を持たせて、流体圧アクチュエータ
２swの回転スピードを徐々に減少させたらＢ方向に流出
させ、この圧油は通路６を経てアキュムレータ５に貯蔵
され、次工程でのエネルギ回生が可能となる。

【００７８】このとき、メータアウトバルブA4IMV には
メークアップ機能が働く。すなわち、上記の場合、通路
15a 側には負圧が生じるから、この負圧がメータアウト
バルブA4IMV のメータアウトポペット弁22の可変スロッ
ト25の開口25a を経てバネ室28に伝わり、タンク通路17
の圧力がこのバネ室28の圧力および圧縮コイルバネ29の
推力をポペット先端のシート部27との接触円の面積で除
した圧力値を加算した圧力より高くなると、メータアウ
トポペット弁22がシート部27からリフト動作して、タン
ク通路17より負圧の通路15a にタンク７内の油が補給さ
れ、負圧油中でのボイディングの発生が防止される。

【００７９】なお、流体圧アクチュエータ２swの吐出側
の通路14a における圧力の上限は、メータアウトバルブ
A3IMV に設けられた過負荷防止用のリリーフ弁機能を持
つシーケンスバルブ37で設定されているので、異常高圧
が発生せず、安全性が確保される。

【００８０】以上のように、ブリッジ回路３bm，３st，
３bk，３swを有するメータイン・メータアウト分離型の
制御回路は、それぞれ独立制御可能な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 により作動流体を自在に方向制御および
流量制御できるから、図７の従来例では必要であったエ
ネルギ再生用の特別な高圧選択チェック弁96，97、セレ
クト弁98、高圧シーケンス弁99がなくても、全ての流体
圧アクチュエータ２bm，２st，２bk，２swの保有エネル
ギ（運動エネルギおよび位置エネルギ）を回生し、ポン
プ吐出通路６の高圧アキュムレータ５に貯蔵できる。

【００８１】このため、１つの流体圧アクチュエータの
停止後、次の作業行程で当該流体圧アクチュエータを再
度動かす場合、または他の流体圧アクチュエータを駆動
する場合に、この保有エネルギをポンプ油圧源よりのパ
ワーと合算させて有効に活用できるため、大きなエネル
ギ再生効率が得られる。よって、その分、従来のポンプ
油圧源のエネルギを節約でき、ポンプ駆動用エンジンの
省エネルギおよび省燃費を図れる。

【００８２】また、ポンプ油圧源から従来と同様の大き
さのエネルギを供給すると、高圧アキュムレータ５より
供給されるエネルギと合算して、より大きなエネルギを
供給でき、流体圧アクチュエータ２bm，２st，２bk，２
swの作動スピードを速めて、サイクルタイムの短縮や高
い生産性を得ることができる。

【００８３】さらに、メータインバルブA1IMV ，A2IMV
は、既に述べたようにロードホールドチェック弁機能を
有するため、図６および図７などで必要な各コントロー
ル弁直近のロードホールドチェック弁87bm，87st，87b
k，87swを不要にできる。

【００８４】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、独立制御
可能な対をなすメータインバルブおよび対をなすメータ
アウトバルブにより作動流体を自在に方向制御および流
量制御して、流体圧アクチュエータの保有エネルギ（運
動エネルギおよび位置エネルギ）を、特別な再生用のバ
ルブ類を必要とせずアキュムレータに貯蔵できるから、
再生用のバルブ類を用いた場合より大きなエネルギ再生
効率が得られ、アキュムレータに蓄えられた保有エネル
ギをポンプからの吐出エネルギと合わせることにより、
流体圧アクチュエータの作動スピードを速めて、サイク
ルタイムの短縮や高い生産性を得ることができる。ある
いは、アキュムレータの保有エネルギを用いる分、ポン
プ駆動エネルギを節約できる。特に、従来熱損失として
放出されていた流体圧アクチュエータの運動エネルギや
位置エネルギを、特別な再生用のバルブ類を必要とせず
アキュムレータに貯蔵できるので、流体圧アクチュエー
タ主体のエネルギ再生を効率良くでき、かつ余分な再生
用バルブを必要としないので、コストを低く抑えること
ができる。

【００８５】請求項２記載の発明によれば、一の流体圧
アクチュエータの停止後、次の作業行程で他の流体圧ア
クチュエータを駆動する場合に、共通のアキュムレータ
に蓄えられた保有エネルギをポンプよりのパワーと合算
させて他の流体圧アクチュエータに対し有効に活用で
き、複数の流体圧アクチュエータ間でも優れたエネルギ
再生効率が得られる。

【００８６】請求項３記載の発明によれば、メータイン
バルブにて、ポンプ吐出圧力より高い流体圧アクチュエ
ータ側の負荷圧力を高圧選択手段により圧力室に導くこ
とにより、流量制御可能なポペット弁にロードホールド
チェック弁機能も持たせたから、従来の各コントロール
弁毎に必要であった各ロードホールドチェック弁を省略
でき、ポンプ吐出口に１つのロードホールドチェック弁
を備えるだけでよいので各コントロールバルブのコンパ
クト化を図れる。

【００８７】請求項４記載の発明によれば、シリンダ型
の流体圧アクチュエータが重量負荷を持上げた状態で保
有する位置エネルギを、重量負荷の下降行程でアキュム
レータに貯蔵できる。

【００８８】請求項５記載の発明によれば、モータ型の
流体圧アクチュエータが慣性負荷を回転させた状態で保
有する運動エネルギを、回転慣性負荷の制動時にアキュ
ムレータに貯蔵できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかか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回路図である。

【図２】同上制御装置の一部を拡大した回路図である。

【図３】同上制御装置におけるメータインバルブのポペ
ット弁とパイロットスプールとの作用関係を示す回路図
である。

【図４】（ａ）は同上制御装置におけるシリンダ型の流
体圧アクチュエータの運転状態を示す回路図、（ｂ）は
そのエネルギ貯蔵状態を示す回路図である。

【図５】（ａ）は同上制御装置におけるモータ型の流体
圧アクチュエータの運転状態を示す回路図、（ｂ）はそ
のエネルギ貯蔵状態を示す回路図である。

【図６】従来の油圧ショベルに用いられている油圧回路
を示す回路図である。

【図７】従来の回転運動エネルギ貯蔵回路を備えた油圧
回路を示す回路図である。

【符号の説明】

１ ポンプ ２bm，２st，２bk シリンダ型の流体圧アクチュエー
タ ２sw モータ型の流体圧アクチュエータ ３bm，３st，３bk，３sw 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 ４ ロードホールドチェック弁 ５ アキュムレータ 11 コントローラ 41 ポペット弁 42 高圧選択手段としてのシャトル弁 51 圧力室としてのバネ室

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポンプおよびこのポンプから吐出された
   作動流体により作動される流体圧アクチュエータの間に
   設けられそれぞれ独立制御可能なポンプ側の対をなすメ
   ータインバルブおよび流体圧アクチュエータ側の対をな
   すメータアウトバルブにより形成したブリッジ回路と、 ポンプとブリッジ回路との間に設けられたロードホール
   ドチェック弁と、 ロードホールドチェック弁とブリッジ回路との間に設け
   られ流体圧アクチュエータの保有エネルギを蓄えるアキ
   ュムレータと、 メータインバルブおよびメータアウトバルブを制御する
   コントローラ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】 流体圧アクチュエータおよびブリッジ回
   路は、共通のポンプに対して複数が並列に設けられ、 アキュムレータは、複数の流体圧アクチュエータおよび
   ブリッジ回路に対して共通に設けられたことを特徴とす
   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】 メータインバルブは、 ポンプから流体圧アクチュエータに供給される作動流体
   を制御するポペット弁と、 このポペット弁を閉じる方向に圧力を作用させる圧力室
   と、 ポンプ吐出圧力と流体圧アクチュエータ側の負荷圧力と
   で高い方の圧力を選択して前記圧力室に導く高圧選択手
   段とを具備したことを特徴とする請求項１または２記載
   の流体圧アクチュエータの制御装置。
4. 【請求項４】 コントローラは、 一方のメータインバルブを開くとともに他方のメータイ
   ンバルブ側のメータアウトバルブを開いた運転状態か
   ら、２つのメータインバルブを共に開くエネルギ貯蔵状
   態に制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれ
   かに記載の流体圧アクチュエータの制御装置。
5. 【請求項５】 コントローラは、 一方のメータインバルブを開くとともに他方のメータイ
   ンバルブ側のメータアウトバルブを開いた運転状態か
   ら、他方のメータインバルブの絞り開度のみを制御する
   エネルギ貯蔵状態に制御することを特徴とする請求項１
   乃至３のいずれかに記載の流体圧アクチュエータの制御
   装置。