JP3556860B2 - 流体圧アクチュエータ制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポペット弁を用いた流体圧アクチュエータ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０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、また、ブリッジ回路３と流体圧アクチュエータ２との間の２通路にはリーク防止用のドリフト低減弁（パイロット操作型チェック弁）５がそれぞれ設けられている。
【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中間絞り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、ドリフト低減弁５を開口させ、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、ドリフト低減弁５を開口させ、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８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８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８の１点鎖線に示されたように高圧が回り込んで、圧力モジュレーション特性が選択でき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９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】
加えて、負荷圧保持用のロードホールドチェック弁４や、ブリッジ回路３を構成するスプール弁よりのリークを低減させるためのドリフト低減弁５が必要であった。特に、従来はブリッジ回路３をスプール弁により構成しているため、必要な流量を確保する上でそのスプール径を大径に形成する必要があり、この大径スプール弁ではリーク量が無視できないほど多くなるので、ドリフト低減弁５が不可欠であった。
【００１４】
【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問題がある。
【００１５】
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作動流体を制御するメータイン・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をその流体圧アクチュエータに最も好適なレバー操作によってオペレータがコントロールできる圧力モジュレーション特性および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。
【００１６】
【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、ポンプと、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と、ポンプと流体圧アクチュエータとの間に設けられパイロット流量増幅型のポペット弁を用いたポンプ側の２個のメータインバルブ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により形成したブリッジ回路と、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、メータインバルブは、ポンプと流体圧アクチュエータとの間に設けられたシート部と、このシート部に接離自在に設けられた双方向流量制御可能のポペット弁と、このポペット弁に対しシート部と反対側に位置するバネ室と、このバネ室に内蔵されポペット弁をシート部に押圧するバネと、ポンプ側の通路の圧力と流体圧アクチュエータ側の通路の圧力とで高い圧力を選択してバネ室に導く高圧選択手段と、バネ室からポンプ側の通路と流体圧アクチュエータ側の通路との低圧側に排出されるパイロット流量を制御するポペット弁より小径のパイロットスプール弁と、このパイロットスプール弁を軸方向に推進する電磁アクチュエータと、この電磁アクチュエータに対しパイロットスプール弁を中立位置に付勢するパイロットバネと、パイロットスプール弁の変位量を検出するスプール弁ストローク検出センサと、パイロットスプール弁に設けられ流体圧アクチュエータ側の負荷圧を受ける負荷圧受圧面とを具備し、コントローラは、電磁アクチュエータに供給される電流値よりその推力を判定し、スプール弁ストローク検出センサにより検出したパイロットスプール弁の軸方向変位量よりそのバネ力を演算し、電磁アクチュエータの推力とバネ力との差を負荷圧受圧面の面積で割ることによりパイロットスプール弁の負荷圧受圧面にかかる負荷圧を演算し、操作量に対する流体圧アクチュエータへの供給圧の変化を表わす圧力モジュレーションカーブを流体圧アクチュエータに応じて制御する流体圧アクチュエータ制御装置である。
【００１７】
そして、負荷圧フィードバック用の負荷圧受圧面をもつパイロットスプール弁を駆動する電磁アクチュエータの電流値および変位量から負荷圧を演算できるから、負荷圧を検出する圧力センサを必要とせず、複数の流体圧アクチュエータを個々に好適な圧力モジュレーション特性で制御できる。なお、パイロット流量増幅型のポペット弁を用いたメータインバルブおよびメータアウトバルブを組合せて、流体圧アクチュエータ制御用のブリッジ回路を形成し、コントローラによりこれらの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から、流体圧アクチュエータを方向制御および流量制御できるとともに、例えばポペット弁と同等の径を有する大径のスプール弁で構成する従来のブリッジ回路により主流量を制御する場合は必要となるリーク防止用のドリフト低減弁を廃止できる。また、高圧選択手段によりポンプ側の通路の圧力と流体圧アクチュエータ側の通路の圧力とで高い圧力を選択してバネ室に導き、さらにバネ室からポンプ側の通路と流体圧アクチュエータ側の通路との低圧側に排出されるパイロット流量をパイロットスプール弁により制御するから、ポペット弁は双方向流量制御可能である。また、流体圧アクチュエータ側の通路の圧力が高い場合は、その圧力が高圧選択手段を経てバネ室に導かれ、このときパイロットスプール弁が閉止位置にあると、バネ室の内圧がポペット弁をシート部に押付けるため、ロードホールドチェック弁機能があり、さらに、ポンプ側の通路の圧力が高い場合は、その圧力が高圧選択手段を経てバネ室に導かれ、このときパイロットスプール弁が変位されると、そのスプール弁変位量に応じてバネ室からパイロットスプール弁を経て流体圧アクチュエータ側の通路に排出されるパイロット流量が生じ、そのパイロット流量に応じてバネ室の圧力が下がり、ポペット弁の開度が制御されるパイロット流量増幅動作が得られる。その上、パイロットスプール弁が中立閉止位置にあるときは、負荷圧が高圧選択手段を介してバネ室に作用するが、ポペット弁より小径のパイロットスプール弁によりリーク量を低減でき、従来のドリフト低減弁を廃止できる。
【００１８】
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制御装置におけるコントローラが、２個のメータインバルブを共に開く状態に制御する流体圧アクチュエータ制御装置である。
【００１９】
そして、２個のメータインバルブを共に開く状態に制御することにより、一方のメータインバルブから他方のメータインバルブに作動流体が再生制御される。
【００２０】
請求項３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、ポペット弁の変位量からポペット弁の開口面積を監視する開口面積監視手段とを具備し、コントローラは、ポンプ吐出圧センサにより検出されたポペット弁にかかるポンプ吐出圧と、パイロットスプール弁の負荷圧受圧面に関する演算で得られるポペット弁にかかる負荷圧値とから、ポペット弁にかかる差圧を演算し、この差圧と、開口面積監視手段により検出されたポペット弁の開口面積とにより流体圧アクチュエータに供給される作動流体の流量を演算し、操作量に対する流体圧アクチュエータの速度の変化を表わす速度モジュレーションカーブを流体圧アクチュエータに応じて制御する流体圧アクチュエータ制御装置である。
【００２１】
そして、ポペット弁にかかる差圧とポペット弁の開口面積とを制御して、複数の流体圧アクチュエータを個々に好適な速度モジュレーション特性で制御できる。特に、他の流体圧アクチュエータがストール（停止）し、例えばポンプがメインリリーフ弁で決まるような高圧となっても、上記負荷圧をフィードバックする構造と開口面積監視手段とにより、各流体圧アクチュエータの好適な速度制御および圧力制御を個々に達成できる。この効果は、複数の流体圧アクチュエータを単独操作するときにおいてもあるいは同時操作するときにおいても得られる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の前提技術を図１および図２を参照しながら説明し、本発明に係る一実施の形態を図３および図４を参照しながら、さらに別の実施の形態を、図５、図６および図７を参照しながら説明する。
【００２３】
先ず、図１および図２に示された前提技術を説明する。なお、図１０に示された従来の制御回路と同様の部分には同一符号を付する。
【００２４】
図２は、メータインバルブA1IMV ，A2IMV とメータアウトバルブA3IMV ，A4IMV とを組合せたブリッジ回路３により、メータイン・メータアウト分離型の制御回路を構成したもので、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の吐出口にポンプ吐出通路11が接続され、このポンプ吐出通路11に、シリンダ型の一の流体圧アクチュエータ２を制御する一のブリッジ回路３の二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が接続され、また、上記ポンプ吐出通路11には、他の流体圧アクチュエータ（図示せず）を制御するための他のブリッジ回路（図示せず）に連通する通路６も接続されている。
【００２５】
さらに、ポンプ吐出通路11には、ポンプ１から吐出された作動流体の各ブリッジ回路３に対する供給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、複数のブリッジ回路３に対し共通に設けられている。
【００２６】
各ブリッジ回路３は、ポンプ吐出通路11に通路12，13を介して２つのメータインバルブA1IMV ，A2IMV がそれぞれ接続され、これらのメータインバルブA1IMV ，A2IMV に通路14，15とタンク通路16，17との間を制御する２つのメータアウトバルブA3IMV ，A4IMV がそれぞれ接続され、タンク通路16，17はタンク７に接続されている。
【００２７】
さらに、このブリッジ回路３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。
【００２８】
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「メータアウト側ポペット弁22」と称する）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側ポペット弁22がそれぞれ変位自在に設けられ、各弁室23に前記流体圧アクチュエータ２よりの戻り通路14a ，15a がそれぞれ連通されている。
【００２９】
これらのメータアウト側ポペット弁22の側面部には、各メータアウト側ポペット弁22の軸方向変位に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。
【００３０】
これらの可変スロット25は、各メータアウト側ポペット弁22の反対側端部にそれぞれ形成されたドレン流量制御部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。
【００３１】
これらのメータアウト側ポペット弁22に対する各バネ室28には、ドレン流量制御部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。
【００３２】
また、各メータアウト側ポペット弁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16，17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、モジュレーションステム33がそれぞれ介在され、これらのモジュレーションステム33は、各バネ室28を図示されないコントローラからの電気信号に応じてドレン制御するもので、各モジュレーションステム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に抗してモジュレーションステム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。
【００３３】
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パイロットポペット弁37がそれぞれ介在されている。
【００３４】
これらのパイロットポペット弁37には、各パイロットポペット弁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２よりの戻り通路14a ，15a が通路40により各パイロットポペット弁37の反対側にそれぞれ導かれている。
【００３５】
これにより、流体圧アクチュエータ２よりの戻り通路14a ，15a に過大な負荷圧が生じたとき、各パイロットポペット弁37が圧縮コイルバネ38および電磁アクチュエータ39の推力に抗して開口し、各メータアウト側ポペット弁22のバネ室28をそれぞれドレン制御することにより、各メータアウト側ポペット弁22のシート部27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をそれぞれ可変制御する機能を有する。
【００３６】
このように構成された各メータアウト側ポペット弁22において、流体圧アクチュエータ２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。メータアウト側ポペット弁22のストローク制御は、バネ室28に連通したモジュレーションステム33の開度制御で達成され、このモジュレーションステム33を通過する流量は、図中ｑ２で示されている。なお、パイロットポペット弁37へ向かうパイロット流量ｑ１はパイロットポペット弁37の閉止時にはゼロであり、そのときはｑ＝ｑ２となる。
【００３７】
このメータアウト側ポペット弁22のストローク制御により、ドレン流量制御部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、あたかもモジュレーションステム33でのパイロット流量ｑ２が増幅された様相を示す。
【００３８】
一方、このモジュレーションステム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２よりの戻り通路14a ，15a の戻り圧力が上昇し、通路40を経てパイロットポペット弁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の推力に打ち勝つと、パイロットポペット弁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）、メータアウト側ポペット弁22の可変スロット25の開口25a の前後に差圧が生じ、メータアウト側ポペット弁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２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、ほぼパイロットポペット弁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。
【００３９】
次に、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パイロット流量増幅型のポペット弁としてのメータイン側ポペット弁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 ，A4IMV と同様であるが、メータイン側ポペット弁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A3IMV ，A4IMV と異なる。
【００４０】
メータインバルブA1IMV ，A2IMV の構造は同一であるから、ここでは、シリンダヘッド側のメータインバルブA2IMV を例にとって詳細に説明すると、図１に示されるように、前記メータイン側ポペット弁41は、図１では内部に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１の吐出口にポンプ吐出通路11を介して連通された通路13に開口され、ポンプ吐出圧をシャトル弁42に導き、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２のヘッド側室2hに通路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へ供給される圧力または流体圧アクチュエータ２の負荷圧をシャトル弁42に導き、シャトル弁42は、これらの圧力のうちで高圧側を選択する。
【００４１】
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、メータイン側ポペット弁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、メータイン側ポペット弁41の移動ストロークに応じて開口面積が増加する。
【００４２】
この可変スロット47は、メータイン側ポペット弁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。
【００４３】
前記メータイン側ポペット弁41に対するバネ室51には、メータイン側ポペット弁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、パイロットスプール弁54が摺動自在に嵌合された嵌合穴55に連通されている。
【００４４】
パイロットスプール弁54は、外部の電磁アクチュエータとしてのプッシュプルアクチュエータ56によりストローク制御される。
【００４５】
このプッシュプルアクチュエータ56は、バルブハウジング21に固定されたアクチュエータ本体57内にコイル58が嵌着され、このコイル58内にパイロットスプール弁54の一端部に一体に設けられたコア59が移動自在に嵌合されたもので、コイル58に対する通電方向により、パイロットスプール弁54をバルブハウジング21から引出す方向と、バルブハウジング21内に押込む方向とに付勢する励磁力を得ることができる。
【００４６】
パイロットスプール弁54の他端部は、バルブハウジング21内に形成されたバネ室61に挿入され、このバネ室61内で一体に移動される係止部62を有し、パイロットスプール弁54の他端部と係止部62とに係合された一対の係合フランジ63の間にパイロットバネとしての圧縮コイルバネ64が設けられ、この圧縮コイルバネ64により各係合フランジ63がバネ室61の一端部および他端部にそれぞれ係合され、パイロットスプール弁54を中立位置に保とうとする付勢力が付与されている。
【００４７】
パイロットスプール弁54には、中間溝66を介して第１のランド部67と第２のランド部68とが形成され、第１のランド部67の中間溝66側には第１のメータリングノッチ69が設けられ、第２のランド部68の中間溝66側には第２のメータリングノッチ70が設けられ、これらのメータリングノッチ69，70の上流側には前記通路53により前記メータイン側ポペット弁41に対するバネ室51が連通されている。
【００４８】
一方、これらのメータリングノッチ69，70の下流側には、パイロットスプール弁54が図示された中立位置にあるときメータリングノッチ69，70から一定の遮断距離を確保できる位置に環状空間71，72がそれぞれ設けられ、一方の環状空間71は、通路73を経て流体圧アクチュエータ２への通路15に連通され、また、他方の環状空間72は、通路74を経てポンプ吐出通路11に連通されている。
【００４９】
したがって、プッシュプルアクチュエータ56が励磁されて圧縮コイルバネ64のバネ力に抗してパイロットスプール弁54が押込まれる方向に移動すると、前記パイロットスプール弁54の第１のランド部67に設けられたメータリングノッチ69は環状空間71に開口し、通路73に連通するから、メータイン側ポペット弁41のバネ室51は、通路53、中間溝66、メータリングノッチ69、環状空間71、通路73および環状空間45を経て、流体圧アクチュエータ２への供給用の通路15に連通される。
【００５０】
一方、プッシュプルアクチュエータ56が逆方向に励磁されて圧縮コイルバネ64のバネ力に抗してパイロットスプール弁54が引出される方向に移動すると、パイロットスプール弁54の第２のランド68に設けられたメータリングノッチ70は環状空間72に開口し、通路74に連通するから、メータイン側ポペット弁41のバネ室51は、通路53、中間溝66、メータリングノッチ70、環状空間72および通路74を経て、ポンプ吐出通路11に連通される。
【００５１】
また、前記メータイン側ポペット弁41には、その作動ストロークを検出することによりポペット弁41の開口面積を監視できる開口面積監視手段としてのポペット弁ストローク検出センサ75が設けられている。すなわち、このストローク検出センサ75は、メータイン側ポペット弁41の中央部に作動変圧器などの可動鉄心76が一体的に嵌着され、この可動鉄心76を囲むようにバルブハウジング21に作動変圧器などのコイル77が嵌着されている。そして、このポペット弁ストローク検出センサ75によりメータイン側ポペット弁41の変位量を検出して、この変位量よりシート部49の開口面積を監視する。
【００５２】
さらに、前記プッシュプルアクチュエータ56のアクチュエータ本体57内の空間部は、パイロットスプール弁54内に穿設されたドレン孔78により、下側のバネ室61内に連通され、さらに、このバネ室61内はドレン孔79により外部のタンク７に連通され、パイロットスプール弁54の両端部に高圧が作用することを防止している。
【００５３】
次に、図１および図２に示された前提技術の作用、効果を説明する。
【００５４】
図示されない操作レバーを操作すると、この操作レバーから発信された電気信号がコントローラで演算処理され、コントローラより出力された電流値などの電気信号により、前記共通バイパス弁８、メータインバルブA1IMV ，A2IMV のプッシュプルアクチュエータ56およびメータアウトバルブA3IMV ，A4IMV の電磁アクチュエータ35がそれぞれ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２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に排出される作動油が、２つのメータインバルブA1IMV ，A2IMV および２つのメータアウトバルブA3IMV ，A4IMV で形成されたブリッジ回路３により制御される。そのシリンダ伸縮に関する制御例は既に説明したので、ここでは省略する。
【００５５】
（１）リーク低減機能
図示されていない操作レバーが中立位置にあり、コマンド（電流値）が各プッシュプルアクチュエータ56に与えられないときは、パイロットスプール弁54は図１に示されたように中立位置にあり、第１および第２のメータリングノッチ69，70は共に閉止している。
【００５６】
また、共通バイパス８が開いており、さらに可変容量型のポンプ１からのポンプ吐出量も最少であるから、通路13の圧力は低圧である。
【００５７】
この場合、シリンダ型の流体圧アクチュエータ２のヘッド側室2hに通路13の圧以上の保持圧がある場合は、通路15よりシャトル弁42で高圧選択されて、この保持圧が可変スロット47の開口47a よりバネ室51へ導入され、圧縮コイルバネ52のバネ力と共にメータイン側ポペット弁41をシート部49側に押圧する。
【００５８】
このため、このポペット弁41とほぼ同等径のスプール弁をメータインバルブとして用いた場合のように、大径の環状隙間を経た通路15から通路13へ至るリークは発生しない。ただし、小径のパイロットスプール弁54の環状隙間からのリークは若干あるが、このリークは、スプール弁径が小さいため隙間も小さく、またメータリングノッチ69，70のオーバラップを大きくとることで、少量とすることができる。
【００５９】
（２）ロードホールドチェック弁機能
操作レバーが操作され、共通バイパス弁８が閉止してゆき、ポンプ吐出量が増大すると共に、プッシュプルアクチュエータ56へ図示されないコントローラよりコマンド（電流値）が供給され、パイロットスプール弁54を押込む方向に作用すると、メータリングノッチ69が通路53と通路73とを開いてゆく。
【００６０】
このとき、まだ通路15の圧力が通路13の圧力より高圧であると、メータイン側ポペット弁41のバネ室51は高圧側の通路15の圧力に等しく、このポペット弁41は閉止したままであり、これはロードホールドチェック弁としての機能を果たしていることになる。
【００６１】
さらに、共通バイパス弁８が閉止し、ポンプ吐出量が増大すると、やがて通路13のポンプ吐出圧は通路15の圧力を超えて高くなってくる。
【００６２】
このとき、シャトル弁42により通路13側の圧力が高圧選択されてポペット弁41のバネ室51よりメータリングノッチ69に作用し、この圧力は通路73の圧（＝通路15の圧）より高いため、ノッチ69の部分で通路53から通路73の方向へパイロット流が発生する。
【００６３】
このメータイン側ポペット弁41は、パイロット流量増幅機能を有しているので、パイロット流量の増加にしたがってバネ室51の圧力が下降し、メータイン側ポペット弁41の流量制御部48がシート部49よりリフトし、弁先端部の開口面積の漸次増加により通路13より通路15へ制御された主流量が発生し、シリンダ型の流体圧アクチュエータ２はゆっくり伸張してゆく。
【００６４】
（３）再生機能
また、図２において、シリンダ型の流体圧アクチュエータ２を収縮させるとき、ヘッド側室2hの保持圧を利用して、ポンプ供給部へエネルギ再生させることがある。つまり、メータインバルブA1IMV を開放し、メータアウトバルブA3IMV を閉止し、メータアウトバルブA4IMV を部分的に開き、メータインバルブA2IMV を十分開くことにより、ヘッド側室2hのよりの戻り流量の一部をメータインバルブA2IMV よりポンプ側へ逆流させ、ポンプ供給油と合流させる。
【００６５】
図１のメータインバルブA2IMV においては、図示されないコントローラよりプッシュプルアクチュエータ56のコイル58にパイロットスプール弁54を引出す方向（図示上方）の電流を供給して、メータリングノッチ70が通路53と通路74とを連通させる。
【００６６】
この再生時は、流体圧アクチュエータ２のヘッド側室2hの保持圧が、通路13の圧力より高いので、通路15より図１のシャトル弁42、可変スロット47およびバネ室51を経て通路53へ至り、さらに通路74の圧（＝通路13の圧）より高いので、メータリングノッチ70を経て通路53から通路74へパイロット流が発生し、バネ室51の減圧によるメータイン側ポペット弁41のパイロット流量増幅機能によりこのポペット弁41が開いて、通路15より通路13へポペット弁リフト量により制御された主流量が発生し、ポンプ吐出油と合流再生され、通路12を経てメータインバルブA1IMV に供給される。
【００６７】
なお、他の再生方法として、両方のメータインバルブA1IMV ，A2IMV を開放し、両方のメータアウトバルブA3IMV ，A4IMV を閉止すると、受圧面積の異なるピストン2pは、ポンプ吐出圧によりピストンロッドが突出する方向に移動するが、その際に、ロッド側室2rから押出された作動油がヘッド側室2hに再生される。
【００６８】
次に、図３および図４に示された本発明に係る一実施の形態を説明する。なお、図１および図２に示された本発明の前提技術と同様の部分には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００６９】
図３は、負荷圧フィードバック型メータインバルブA2IMV'を示し、そのメータイン側ポペット弁41の開度（ストローク）を制御するパイロットスプール弁54は、図１と同様のプッシュプルアクチュエータ56と圧縮コイルバネ64のバネ反力とでストロークコントロールされる。
【００７０】
パイロットスプール弁54のストロークを検出するためのスプール弁ストローク検出センサ81を具備している。このスプール弁ストローク検出センサ81は、プッシュプルアクチュエータ56のアクチュエータ本体57内に差動変圧器などのコイル82が嵌着され、このコイル82内に前記コア59を介してパイロットスプール弁54と一体の鉄心83が移動自在に嵌合されたものである。
【００７１】
また、前記通路15に連通した通路73を、パイロットスプール弁54の第１のランド部67を経てメータリングノッチ69の下側位置に導くとともに、パイロットスプール弁54の第１のランド部67にて、通路73の途中部に面する部分に図３下側部小径の段差を形成することで、この部分に環状段差形でドーナツ・エリア状の負荷圧受圧面84を形成する。したがって、通路15の流体圧アクチュエータ２への供給圧または流体圧アクチュエータ２の負荷圧が、通路73を経て、このドーナツ・エリア状の負荷圧受圧面84に作用し、プッシュプルアクチュエータ56に対し流体圧アクチュエータ２の負荷圧をフィードバックするように構成されている。
【００７２】
さらに、中央演算処理装置（ＣＰＵ）を内蔵したコントローラ85を有し、このコントローラ85は、入力信号として操作レバー86よりの操作量に関する操作信号、ポンプ吐出通路11に設けられたポンプ吐出圧を検出するポンプ吐出圧センサ87よりのポンプ吐出圧信号、スプール弁ストローク検出センサ81よりのスプール弁ストローク信号、ポペット弁41のストロークを検出するためのポペット弁ストローク検出センサ75よりのポペット弁ストローク信号を得て、各メータインバルブA1IMV ，A2IMV のプッシュプルアクチュエータ56、メータアウトバルブA3IMV ，A4IMV の電磁アクチュエータ35，39、共通バイパス弁８およびポンプ吐出量制御用の電磁アクチュエータ88へ制御電流を出力する。
【００７３】
図４は、図３に示された負荷圧フィードバック型メータインバルブA2IMV'と、同様の構造を有する負荷圧フィードバック型メータインバルブA1IMV'と、図２に示されたメータアウトバルブA3IMV ，A4IMV との組合せで、ブリッジ回路３´を構成した油圧回路図を示す。
【００７４】
次に、この図３および図４に示された本発明に係る一実施の形態の作用、効果を示す。
【００７５】
パイロットスプール弁54の第１のランド部67に段差を設けることで、ドーナツ・エリア状の負荷圧受圧面84を設置して、通路73の圧力すなわち通路15の負荷圧をパイロットスプール弁54が押出される方向に作用させる。
【００７６】
通路13から通路15へポンプ吐出油をメータリング供給中は、プッシュプルアクチュエータ56は、メータリングノッチ69を開く方向に圧縮コイルバネ64のバネ力に抗して押込んでいるが、パイロットスプール弁 54 の釣り合い条件が、（負荷圧）×（ドーナツ・エリア状の負荷圧受圧面 84 の面積）＋（圧縮コイルバネ 64 のバネ力）＝（プッシュプルアクチュエータ 56 の押込推力）であるから、（負荷圧）×（ドーナツ・エリア状の負荷圧受圧面84の面積）の力と圧縮コイルバネ64のバネ力との和が、プッシュプルアクチュエータ56の押込推力を超えると、メータリングノッチ69が閉止される方向へパイロットスプール弁54が復帰移動して、メータイン側ポペット弁41もシート部49を閉止する方向へ動作するので、ポンプ吐出圧は、シート部49で減圧され、流体圧アクチュエータ２への供給圧は所定の値まで減少する。
【００７７】
コントローラ85から出力される電流値でプッシュプルアクチュエータ56の推力もコントロールされるので、図８に示されるように、各流体圧アクチュエータ毎に夫々好適な圧力（力）モジュレーションカーブを持たせることができる。
【００７８】
また、流体圧アクチュエータ２への流量供給中に、コントローラ85の中央演算処理装置（ＣＰＵ）は、コマンド電流値より予めインプットされたメモリ中のデータに照し合わせてプッシュプルアクチュエータ56の推力が判っており、また、スプール弁ストローク検出センサ81で検出されたパイロットスプール弁54の変位量から圧縮コイルバネ64のバネ力が判っており、したがって、ドーナツ・エリア状の負荷圧受圧面84に作用する負荷圧値も逆算できるので、ポンプ吐出圧センサ87により検出されたポンプ吐出圧信号から、メータイン側ポペット弁41のシート部49を介する前後差圧が判明する。
【００７９】
その上、メータイン側ポペット弁41のストロークを検出するポペット弁ストローク検出センサ75によりメータイン側ポペット弁41の変位量が検出され、この変位量よりポペット弁入口部の開口面積が判るので、流体圧アクチュエータ２への供給流量のコントロールが可能となり、図９に示されるように、各流体圧アクチュエータ毎に夫々好適な流量、すなわち速度モジュレーションカーブを持たせることができる。
【００８０】
前述のように、各ポペット弁41のパイロットステージは、いずれも小型のパイロットスプール弁54であり、リークが非常に少ないので、従来のメータインバルブおよびメータアウトバルブ共に大径のスプール弁で構成した場合に多量に発生するリークを低減させるためのドリフト低減弁５（図１０）を設ける必要がない。
【００８１】
また、同様にロードホールドチェック弁４も不要であり、バルブハウジング21がコンパクトで安価となるメリットがある。
【００８２】
次に、図５は、図３に示された実施の形態よりポペット弁ストローク検出センサ75を除去した実施の形態を示している。
【００８３】
また、図６は、図３および図５に示された各実施の形態における高圧選択手段の変形例を示し、図３および図５の各実施形態では、高圧選択手段として、メータイン側ポペット弁41の内部にシャトル弁42を設けたが、図６に示されるように、メータイン側ポペット弁41の内部でなくても、またシャトル弁42でなくても良い。
【００８４】
すなわち、バルブハウジング21のポペット弁摺動穴の内周面にて可変スロット47に対応する位置に円周溝91が設けられ、バルブハウジング21内に、ポンプ吐出側の通路13と、この円周溝91とを連通する通路92が設けられ、この通路92中に高圧選択手段としての高圧選択チェック弁42a が介在され、また、アクチュエータ側の通路15と上記円周溝91との間に通路93が設けられ、この通路93中に高圧選択手段としての高圧選択チェック弁42b が介在されたものであるが、機能的にはシャトル弁42と同様である。
【００８５】
そして、ポンプ吐出側の通路13の圧力を通路92を経て高圧選択チェック弁42a に導き、また流体圧アクチュエータ２側の通路15の負荷圧を通路93を経て高圧選択チェック弁42b に導き、これらの圧力の高圧側を高圧選択チェック弁42a ，42b により選択して、円周溝91に導入するようにしても良い。
【００８６】
さらに、図７は、図３および図５に示された各実施の形態における負荷圧受圧面の変形例を示し、図３および図５の各実施形態では、パイロットスプール弁54の第１のランド部67の途中部に小径の段差を形成することでドーナツ・エリア状の負荷圧受圧面84を形成したが、図７に示される実施形態では、パイロットスプール弁54の下端部にバネ受け用の係止部62を介して小径円柱形の負荷圧受圧ロッド94が一体に形成され、この負荷圧受圧ロッド94の先端に小径円形端面の負荷圧受圧面95が形成されたものである。
【００８７】
この場合、バルブハウジング21には、前記係止部62と嵌合する係止部嵌合穴96が設けられているが、この係止部嵌合穴96に対し隔壁部97を介して負荷圧導入室98が形成され、この負荷圧導入室98は、通路99により、前記流体圧アクチュエータ２側の負荷圧が導かれる通路73に連通され、前記負荷圧受圧ロッド94の負荷圧受圧面95は、この負荷圧導入室98に常に臨んでいる。
【００８８】
そして、流体圧アクチュエータ２の負荷圧を、通路73から通路99を経て負荷圧導入室98に導き、この負荷圧導入室98内で負荷圧受圧ロッド94の先端の負荷圧受圧面95に作用させ、プッシュプルアクチュエータ56に対し流体圧アクチュエータ２の負荷圧をフィードバックする。
【００８９】
以上のように、双方向流量制御可能なメータイン側ポペット弁41にロードホールドチェック弁機能も持たせて、バルブハウジング21をコンパクト化し得るとともに、再生制御が可能となる。また、メータイン側ポペット弁41と、同様にパイロット流量増幅型のメータアウト側ポペット弁22とを組合せて、流体圧アクチュエータ制御用のブリッジ回路３を構成し、低リーク型とすることにより、ポペット弁22，41と同等径の大径スプール弁で構成するブリッジ回路では必要となるドリフト（リーク）低減弁を廃止して、コストを低減できる。
【００９０】
さらに、負荷圧フィードバック用段差により負荷圧受圧面84を形成したパイロットスプール弁54のプッシュプルアクチュエータ56の電流値、変位量から負荷圧を算定できる負荷圧算定機構を形成し、さもなくば負荷圧を検出するために必要となる圧力センサを必要とせず、複数の流体圧アクチュエータ２を個々に好適な圧力モジュレーションで制御できる。一方、負荷圧算定機構と開口面積監視手段（ポペット弁ストローク検出センサ75）により流体圧アクチュエータ２にとって個々に好適な速度モジュレーションを制御できる。そして、他の流体圧アクチュエータがストール（停止）し、ポンプ１がメインリリーフ弁９で決まるような高圧となっても、上記負荷圧受圧面84による負荷圧フィードバック機構（減圧機能）、開口面積監視機構により、流体圧アクチュエータ２の好適な速度制御、圧力制御を個々に達成できる。
【００９１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、負荷圧フィードバック用の負荷圧受圧面をもつパイロットスプール弁を駆動する電磁アクチュエータの電流値および変位量から負荷圧を演算できるから、負荷圧を検出する圧力センサを必要とせず、複数の流体圧アクチュエータを個々に好適な圧力モジュレーション特性で制御できる。
【００９２】
請求項２記載の発明によれば、２個のメータインバルブを共に開いた状態にすることにより、一方のメータインバルブから他方のメータインバルブに作動流体を再生できる。
【００９３】
請求項３記載の発明によれば、ポペット弁にかかる差圧とポペット弁の開口面積とを制御して、複数の流体圧アクチュエータを個々に好適な速度モジュレーション特性で制御できる。特に、他の流体圧アクチュエータがストール（停止）し、例えばポンプがメインリリーフ弁で決まるような高圧となっても、上記負荷圧をフィードバックする構造と開口面積監視手段とにより、各流体圧アクチュエータの好適な速度制御および圧力制御を個々に達成できる。この効果は、複数の流体圧アクチュエータを単独操作するときにおいてもあるいは同時操作するときにおいても得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の前提技術となる弁装置および流体圧アクチュエータ制御装置の断面図および油圧回路図である。
【図２】図１に示された弁装置のメータインバルブと、パイロット流量増幅型ポペット弁を含むメータアウトバルブとの組合せで形成したブリッジ回路を示す油圧回路図である。
【図３】本発明に係る弁装置および流体圧アクチュエータ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４】図３に示された弁装置のメータインバルブと、パイロット流量増幅型ポペット弁を含むメータアウトバルブとの組合せで形成したブリッジ回路を示す油圧回路図である。
【図５】図３に示された実施の形態の変形例であり、ポペット弁ストローク検出センサを除去した実施の形態を示す断面図および油圧回路図である。
【図６】図３および図５に示された各実施の形態における高圧選択手段の変形例を示す部分断面図である。
【図７】図３および図５に示された各実施の形態における負荷圧受圧面の変形例を示す部分断面図である。
【図８】操作レバーの操作量と流体圧アクチュエータの制御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９】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。
【図１０】従来のメータイン・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。
【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
13 ポンプ側の通路
15 流体圧アクチュエータ側の通路
41 ポペット弁としてのメータイン側ポペット弁
42 高圧選択手段としてのシャトル弁
42a ，42b 高圧選択手段としての高圧選択チェック弁
49 シート部
51 バネ室
52 バネとしての圧縮コイルバネ
54 パイロットスプール弁
56 電磁アクチュエータとしてのプッシュプルアクチュエータ
64 パイロットバネとしての圧縮コイルバネ
75 開口面積監視手段としてのポペット弁ストローク検出センサ
81 スプール弁ストローク検出センサ
84 環状段差形の負荷圧受圧面
95 小径円形端面の負荷圧受圧面
85 コントローラ
87 ポンプ吐出圧センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポペット弁を用いた流体圧アクチュエータ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０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、また、ブリッジ回路３と流体圧アクチュエータ２との間の２通路にはリーク防止用のドリフト低減弁（パイロット操作型チェック弁）５がそれぞれ設けられている。
【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中間絞り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、ドリフト低減弁５を開口させ、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、ドリフト低減弁５を開口させ、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８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８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８の１点鎖線に示されたように高圧が回り込んで、圧力モジュレーション特性が選択でき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９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】
加えて、負荷圧保持用のロードホールドチェック弁４や、ブリッジ回路３を構成するスプール弁よりのリークを低減させるためのドリフト低減弁５が必要であった。特に、従来はブリッジ回路３をスプール弁により構成しているため、必要な流量を確保する上でそのスプール径を大径に形成する必要があり、この大径スプール弁ではリーク量が無視できないほど多くなるので、ドリフト低減弁５が不可欠であった。
【００１４】
【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問題がある。
【００１５】
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作動流体を制御するメータイン・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をその流体圧アクチュエータに最も好適なレバー操作によってオペレータがコントロールできる圧力モジュレーション特性および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。
【００１６】
【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、ポンプと、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と、ポンプと流体圧アクチュエータとの間に設けられパイロット流量増幅型のポペット弁を用いたポンプ側の２個のメータインバルブ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により形成したブリッジ回路と、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、メータインバルブは、ポンプと流体圧アクチュエータとの間に設けられたシート部と、このシート部に接離自在に設けられた双方向流量制御可能のポペット弁と、このポペット弁に対しシート部と反対側に位置するバネ室と、このバネ室に内蔵されポペット弁をシート部に押圧するバネと、ポンプ側の通路の圧力と流体圧アクチュエータ側の通路の圧力とで高い圧力を選択してバネ室に導く高圧選択手段と、バネ室からポンプ側の通路と流体圧アクチュエータ側の通路との低圧側に排出されるパイロット流量を制御するポペット弁より小径のパイロットスプール弁と、このパイロットスプール弁を軸方向に推進する電磁アクチュエータと、この電磁アクチュエータに対しパイロットスプール弁を中立位置に付勢するパイロットバネと、パイロットスプール弁の変位量を検出するスプール弁ストローク検出センサと、パイロットスプール弁に設けられ流体圧アクチュエータ側の負荷圧を受ける負荷圧受圧面とを具備し、コントローラは、電磁アクチュエータに供給される電流値よりその推力を判定し、スプール弁ストローク検出センサにより検出したパイロットスプール弁の軸方向変位量よりそのバネ力を演算し、電磁アクチュエータの推力とバネ力との差を負荷圧受圧面の面積で割ることによりパイロットスプール弁の負荷圧受圧面にかかる負荷圧を演算し、操作量に対する流体圧アクチュエータへの供給圧の変化を表わす圧力モジュレーションカーブを流体圧アクチュエータに応じて制御する流体圧アクチュエータ制御装置である。
【００１７】
そして、負荷圧フィードバック用の負荷圧受圧面をもつパイロットスプール弁を駆動する電磁アクチュエータの電流値および変位量から負荷圧を演算できるから、負荷圧を検出する圧力センサを必要とせず、複数の流体圧アクチュエータを個々に好適な圧力モジュレーション特性で制御できる。なお、パイロット流量増幅型のポペット弁を用いたメータインバルブおよびメータアウトバルブを組合せて、流体圧アクチュエータ制御用のブリッジ回路を形成し、コントローラによりこれらの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から、流体圧アクチュエータを方向制御および流量制御できるとともに、例えばポペット弁と同等の径を有する大径のスプール弁で構成する従来のブリッジ回路により主流量を制御する場合は必要となるリーク防止用のドリフト低減弁を廃止できる。また、高圧選択手段によりポンプ側の通路の圧力と流体圧アクチュエータ側の通路の圧力とで高い圧力を選択してバネ室に導き、さらにバネ室からポンプ側の通路と流体圧アクチュエータ側の通路との低圧側に排出されるパイロット流量をパイロットスプール弁により制御するから、ポペット弁は双方向流量制御可能である。また、流体圧アクチュエータ側の通路の圧力が高い場合は、その圧力が高圧選択手段を経てバネ室に導かれ、このときパイロットスプール弁が閉止位置にあると、バネ室の内圧がポペット弁をシート部に押付けるため、ロードホールドチェック弁機能があり、さらに、ポンプ側の通路の圧力が高い場合は、その圧力が高圧選択手段を経てバネ室に導かれ、このときパイロットスプール弁が変位されると、そのスプール弁変位量に応じてバネ室からパイロットスプール弁を経て流体圧アクチュエータ側の通路に排出されるパイロット流量が生じ、そのパイロット流量に応じてバネ室の圧力が下がり、ポペット弁の開度が制御されるパイロット流量増幅動作が得られる。その上、パイロットスプール弁が中立閉止位置にあるときは、負荷圧が高圧選択手段を介してバネ室に作用するが、ポペット弁より小径のパイロットスプール弁によりリーク量を低減でき、従来のドリフト低減弁を廃止できる。
【００１８】
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制御装置におけるコントローラが、２個のメータインバルブを共に開く状態に制御する流体圧アクチュエータ制御装置である。
【００１９】
そして、２個のメータインバルブを共に開く状態に制御することにより、一方のメータインバルブから他方のメータインバルブに作動流体が再生制御される。
【００２０】
請求項３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、ポペット弁の変位量からポペット弁の開口面積を監視する開口面積監視手段とを具備し、コントローラは、ポンプ吐出圧センサにより検出されたポペット弁にかかるポンプ吐出圧と、パイロットスプール弁の負荷圧受圧面に関する演算で得られるポペット弁にかかる負荷圧値とから、ポペット弁にかかる差圧を演算し、この差圧と、開口面積監視手段により検出されたポペット弁の開口面積とにより流体圧アクチュエータに供給される作動流体の流量を演算し、操作量に対する流体圧アクチュエータの速度の変化を表わす速度モジュレーションカーブを流体圧アクチュエータに応じて制御する流体圧アクチュエータ制御装置である。
【００２１】
そして、ポペット弁にかかる差圧とポペット弁の開口面積とを制御して、複数の流体圧アクチュエータを個々に好適な速度モジュレーション特性で制御できる。特に、他の流体圧アクチュエータがストール（停止）し、例えばポンプがメインリリーフ弁で決まるような高圧となっても、上記負荷圧をフィードバックする構造と開口面積監視手段とにより、各流体圧アクチュエータの好適な速度制御および圧力制御を個々に達成できる。この効果は、複数の流体圧アクチュエータを単独操作するときにおいてもあるいは同時操作するときにおいても得られる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の前提技術を図１および図２を参照しながら説明し、本発明に係る一実施の形態を図３および図４を参照しながら、さらに別の実施の形態を、図５、図６および図７を参照しながら説明する。
【００２３】
先ず、図１および図２に示された前提技術を説明する。なお、図１０に示された従来の制御回路と同様の部分には同一符号を付する。
【００２４】
図２は、メータインバルブA1IMV ，A2IMV とメータアウトバルブA3IMV ，A4IMV とを組合せたブリッジ回路３により、メータイン・メータアウト分離型の制御回路を構成したもので、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の吐出口にポンプ吐出通路11が接続され、このポンプ吐出通路11に、シリンダ型の一の流体圧アクチュエータ２を制御する一のブリッジ回路３の二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が接続され、また、上記ポンプ吐出通路11には、他の流体圧アクチュエータ（図示せず）を制御するための他のブリッジ回路（図示せず）に連通する通路６も接続されている。
【００２５】
さらに、ポンプ吐出通路11には、ポンプ１から吐出された作動流体の各ブリッジ回路３に対する供給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、複数のブリッジ回路３に対し共通に設けられている。
【００２６】
各ブリッジ回路３は、ポンプ吐出通路11に通路12，13を介して２つのメータインバルブA1IMV ，A2IMV がそれぞれ接続され、これらのメータインバルブA1IMV ，A2IMV に通路14，15とタンク通路16，17との間を制御する２つのメータアウトバルブA3IMV ，A4IMV がそれぞれ接続され、タンク通路16，17はタンク７に接続されている。
【００２７】
さらに、このブリッジ回路３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。
【００２８】
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「メータアウト側ポペット弁22」と称する）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側ポペット弁22がそれぞれ変位自在に設けられ、各弁室23に前記流体圧アクチュエータ２よりの戻り通路14a ，15a がそれぞれ連通されている。
【００２９】
これらのメータアウト側ポペット弁22の側面部には、各メータアウト側ポペット弁22の軸方向変位に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。
【００３０】
これらの可変スロット25は、各メータアウト側ポペット弁22の反対側端部にそれぞれ形成されたドレン流量制御部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。
【００３１】
これらのメータアウト側ポペット弁22に対する各バネ室28には、ドレン流量制御部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。
【００３２】
また、各メータアウト側ポペット弁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16，17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、モジュレーションステム33がそれぞれ介在され、これらのモジュレーションステム33は、各バネ室28を図示されないコントローラからの電気信号に応じてドレン制御するもので、各モジュレーションステム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に抗してモジュレーションステム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。
【００３３】
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パイロットポペット弁37がそれぞれ介在されている。
【００３４】
これらのパイロットポペット弁37には、各パイロットポペット弁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２よりの戻り通路14a ，15a が通路40により各パイロットポペット弁37の反対側にそれぞれ導かれている。
【００３５】
これにより、流体圧アクチュエータ２よりの戻り通路14a ，15a に過大な負荷圧が生じたとき、各パイロットポペット弁37が圧縮コイルバネ38および電磁アクチュエータ39の推力に抗して開口し、各メータアウト側ポペット弁22のバネ室28をそれぞれドレン制御することにより、各メータアウト側ポペット弁22のシート部27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をそれぞれ可変制御する機能を有する。
【００３６】
このように構成された各メータアウト側ポペット弁22において、流体圧アクチュエータ２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。メータアウト側ポペット弁22のストローク制御は、バネ室28に連通したモジュレーションステム33の開度制御で達成され、このモジュレーションステム33を通過する流量は、図中ｑ２で示されている。なお、パイロットポペット弁37へ向かうパイロット流量ｑ１はパイロットポペット弁37の閉止時にはゼロであり、そのときはｑ＝ｑ２となる。
【００３７】
このメータアウト側ポペット弁22のストローク制御により、ドレン流量制御部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、あたかもモジュレーションステム33でのパイロット流量ｑ２が増幅された様相を示す。
【００３８】
一方、このモジュレーションステム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２よりの戻り通路14a ，15a の戻り圧力が上昇し、通路40を経てパイロットポペット弁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の推力に打ち勝つと、パイロットポペット弁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）、メータアウト側ポペット弁22の可変スロット25の開口25a の前後に差圧が生じ、メータアウト側ポペット弁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２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、ほぼパイロットポペット弁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。
【００３９】
次に、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パイロット流量増幅型のポペット弁としてのメータイン側ポペット弁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 ，A4IMV と同様であるが、メータイン側ポペット弁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A3IMV ，A4IMV と異なる。
【００４０】
メータインバルブA1IMV ，A2IMV の構造は同一であるから、ここでは、シリンダヘッド側のメータインバルブA2IMV を例にとって詳細に説明すると、図１に示されるように、前記メータイン側ポペット弁41は、図１では内部に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１の吐出口にポンプ吐出通路11を介して連通された通路13に開口され、ポンプ吐出圧をシャトル弁42に導き、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２のヘッド側室2hに通路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へ供給される圧力または流体圧アクチュエータ２の負荷圧をシャトル弁42に導き、シャトル弁42は、これらの圧力のうちで高圧側を選択する。
【００４１】
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、メータイン側ポペット弁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、メータイン側ポペット弁41の移動ストロークに応じて開口面積が増加する。
【００４２】
この可変スロット47は、メータイン側ポペット弁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。
【００４３】
前記メータイン側ポペット弁41に対するバネ室51には、メータイン側ポペット弁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、パイロットスプール弁54が摺動自在に嵌合された嵌合穴55に連通されている。
【００４４】
パイロットスプール弁54は、外部の電磁アクチュエータとしてのプッシュプルアクチュエータ56によりストローク制御される。
【００４５】
このプッシュプルアクチュエータ56は、バルブハウジング21に固定されたアクチュエータ本体57内にコイル58が嵌着され、このコイル58内にパイロットスプール弁54の一端部に一体に設けられたコア59が移動自在に嵌合されたもので、コイル58に対する通電方向により、パイロットスプール弁54をバルブハウジング21から引出す方向と、バルブハウジング21内に押込む方向とに付勢する励磁力を得ることができる。
【００４６】
パイロットスプール弁54の他端部は、バルブハウジング21内に形成されたバネ室61に挿入され、このバネ室61内で一体に移動される係止部62を有し、パイロットスプール弁54の他端部と係止部62とに係合された一対の係合フランジ63の間にパイロットバネとしての圧縮コイルバネ64が設けられ、この圧縮コイルバネ64により各係合フランジ63がバネ室61の一端部および他端部にそれぞれ係合され、パイロットスプール弁54を中立位置に保とうとする付勢力が付与されている。
【００４７】
パイロットスプール弁54には、中間溝66を介して第１のランド部67と第２のランド部68とが形成され、第１のランド部67の中間溝66側には第１のメータリングノッチ69が設けられ、第２のランド部68の中間溝66側には第２のメータリングノッチ70が設けられ、これらのメータリングノッチ69，70の上流側には前記通路53により前記メータイン側ポペット弁41に対するバネ室51が連通されている。
【００４８】
一方、これらのメータリングノッチ69，70の下流側には、パイロットスプール弁54が図示された中立位置にあるときメータリングノッチ69，70から一定の遮断距離を確保できる位置に環状空間71，72がそれぞれ設けられ、一方の環状空間71は、通路73を経て流体圧アクチュエータ２への通路15に連通され、また、他方の環状空間72は、通路74を経てポンプ吐出通路11に連通されている。
【００４９】
したがって、プッシュプルアクチュエータ56が励磁されて圧縮コイルバネ64のバネ力に抗してパイロットスプール弁54が押込まれる方向に移動すると、前記パイロットスプール弁54の第１のランド部67に設けられたメータリングノッチ69は環状空間71に開口し、通路73に連通するから、メータイン側ポペット弁41のバネ室51は、通路53、中間溝66、メータリングノッチ69、環状空間71、通路73および環状空間45を経て、流体圧アクチュエータ２への供給用の通路15に連通される。
【００５０】
一方、プッシュプルアクチュエータ56が逆方向に励磁されて圧縮コイルバネ64のバネ力に抗してパイロットスプール弁54が引出される方向に移動すると、パイロットスプール弁54の第２のランド68に設けられたメータリングノッチ70は環状空間72に開口し、通路74に連通するから、メータイン側ポペット弁41のバネ室51は、通路53、中間溝66、メータリングノッチ70、環状空間72および通路74を経て、ポンプ吐出通路11に連通される。
【００５１】
また、前記メータイン側ポペット弁41には、その作動ストロークを検出することによりポペット弁41の開口面積を監視できる開口面積監視手段としてのポペット弁ストローク検出センサ75が設けられている。すなわち、このストローク検出センサ75は、メータイン側ポペット弁41の中央部に作動変圧器などの可動鉄心76が一体的に嵌着され、この可動鉄心76を囲むようにバルブハウジング21に作動変圧器などのコイル77が嵌着されている。そして、このポペット弁ストローク検出センサ75によりメータイン側ポペット弁41の変位量を検出して、この変位量よりシート部49の開口面積を監視する。
【００５２】
さらに、前記プッシュプルアクチュエータ56のアクチュエータ本体57内の空間部は、パイロットスプール弁54内に穿設されたドレン孔78により、下側のバネ室61内に連通され、さらに、このバネ室61内はドレン孔79により外部のタンク７に連通され、パイロットスプール弁54の両端部に高圧が作用することを防止している。
【００５３】
次に、図１および図２に示された前提技術の作用、効果を説明する。
【００５４】
図示されない操作レバーを操作すると、この操作レバーから発信された電気信号がコントローラで演算処理され、コントローラより出力された電流値などの電気信号により、前記共通バイパス弁８、メータインバルブA1IMV ，A2IMV のプッシュプルアクチュエータ56およびメータアウトバルブA3IMV ，A4IMV の電磁アクチュエータ35がそれぞれ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２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に排出される作動油が、２つのメータインバルブA1IMV ，A2IMV および２つのメータアウトバルブA3IMV ，A4IMV で形成されたブリッジ回路３により制御される。そのシリンダ伸縮に関する制御例は既に説明したので、ここでは省略する。
【００５５】
（１）リーク低減機能
図示されていない操作レバーが中立位置にあり、コマンド（電流値）が各プッシュプルアクチュエータ56に与えられないときは、パイロットスプール弁54は図１に示されたように中立位置にあり、第１および第２のメータリングノッチ69，70は共に閉止している。
【００５６】
また、共通バイパス８が開いており、さらに可変容量型のポンプ１からのポンプ吐出量も最少であるから、通路13の圧力は低圧である。
【００５７】
この場合、シリンダ型の流体圧アクチュエータ２のヘッド側室2hに通路13の圧以上の保持圧がある場合は、通路15よりシャトル弁42で高圧選択されて、この保持圧が可変スロット47の開口47a よりバネ室51へ導入され、圧縮コイルバネ52のバネ力と共にメータイン側ポペット弁41をシート部49側に押圧する。
【００５８】
このため、このポペット弁41とほぼ同等径のスプール弁をメータインバルブとして用いた場合のように、大径の環状隙間を経た通路15から通路13へ至るリークは発生しない。ただし、小径のパイロットスプール弁54の環状隙間からのリークは若干あるが、このリークは、スプール弁径が小さいため隙間も小さく、またメータリングノッチ69，70のオーバラップを大きくとることで、少量とすることができる。
【００５９】
（２）ロードホールドチェック弁機能
操作レバーが操作され、共通バイパス弁８が閉止してゆき、ポンプ吐出量が増大すると共に、プッシュプルアクチュエータ56へ図示されないコントローラよりコマンド（電流値）が供給され、パイロットスプール弁54を押込む方向に作用すると、メータリングノッチ69が通路53と通路73とを開いてゆく。
【００６０】
このとき、まだ通路15の圧力が通路13の圧力より高圧であると、メータイン側ポペット弁41のバネ室51は高圧側の通路15の圧力に等しく、このポペット弁41は閉止したままであり、これはロードホールドチェック弁としての機能を果たしていることになる。
【００６１】
さらに、共通バイパス弁８が閉止し、ポンプ吐出量が増大すると、やがて通路13のポンプ吐出圧は通路15の圧力を超えて高くなってくる。
【００６２】
このとき、シャトル弁42により通路13側の圧力が高圧選択されてポペット弁41のバネ室51よりメータリングノッチ69に作用し、この圧力は通路73の圧（＝通路15の圧）より高いため、ノッチ69の部分で通路53から通路73の方向へパイロット流が発生する。
【００６３】
このメータイン側ポペット弁41は、パイロット流量増幅機能を有しているので、パイロット流量の増加にしたがってバネ室51の圧力が下降し、メータイン側ポペット弁41の流量制御部48がシート部49よりリフトし、弁先端部の開口面積の漸次増加により通路13より通路15へ制御された主流量が発生し、シリンダ型の流体圧アクチュエータ２はゆっくり伸張してゆく。
【００６４】
（３）再生機能
また、図２において、シリンダ型の流体圧アクチュエータ２を収縮させるとき、ヘッド側室2hの保持圧を利用して、ポンプ供給部へエネルギ再生させることがある。つまり、メータインバルブA1IMV を開放し、メータアウトバルブA3IMV を閉止し、メータアウトバルブA4IMV を部分的に開き、メータインバルブA2IMV を十分開くことにより、ヘッド側室2hのよりの戻り流量の一部をメータインバルブA2IMV よりポンプ側へ逆流させ、ポンプ供給油と合流させる。
【００６５】
図１のメータインバルブA2IMV においては、図示されないコントローラよりプッシュプルアクチュエータ56のコイル58にパイロットスプール弁54を引出す方向（図示上方）の電流を供給して、メータリングノッチ70が通路53と通路74とを連通させる。
【００６６】
この再生時は、流体圧アクチュエータ２のヘッド側室2hの保持圧が、通路13の圧力より高いので、通路15より図１のシャトル弁42、可変スロット47およびバネ室51を経て通路53へ至り、さらに通路74の圧（＝通路13の圧）より高いので、メータリングノッチ70を経て通路53から通路74へパイロット流が発生し、バネ室51の減圧によるメータイン側ポペット弁41のパイロット流量増幅機能によりこのポペット弁41が開いて、通路15より通路13へポペット弁リフト量により制御された主流量が発生し、ポンプ吐出油と合流再生され、通路12を経てメータインバルブA1IMV に供給される。
【００６７】
なお、他の再生方法として、両方のメータインバルブA1IMV ，A2IMV を開放し、両方のメータアウトバルブA3IMV ，A4IMV を閉止すると、受圧面積の異なるピストン2pは、ポンプ吐出圧によりピストンロッドが突出する方向に移動するが、その際に、ロッド側室2rから押出された作動油がヘッド側室2hに再生される。
【００６８】
次に、図３および図４に示された本発明に係る一実施の形態を説明する。なお、図１および図２に示された本発明の前提技術と同様の部分には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００６９】
図３は、負荷圧フィードバック型メータインバルブA2IMV'を示し、そのメータイン側ポペット弁41の開度（ストローク）を制御するパイロットスプール弁54は、図１と同様のプッシュプルアクチュエータ56と圧縮コイルバネ64のバネ反力とでストロークコントロールされる。
【００７０】
パイロットスプール弁54のストロークを検出するためのスプール弁ストローク検出センサ81を具備している。このスプール弁ストローク検出センサ81は、プッシュプルアクチュエータ56のアクチュエータ本体57内に差動変圧器などのコイル82が嵌着され、このコイル82内に前記コア59を介してパイロットスプール弁54と一体の鉄心83が移動自在に嵌合されたものである。
【００７１】
また、前記通路15に連通した通路73を、パイロットスプール弁54の第１のランド部67を経てメータリングノッチ69の下側位置に導くとともに、パイロットスプール弁54の第１のランド部67にて、通路73の途中部に面する部分に図３下側部小径の段差を形成することで、この部分に環状段差形でドーナツ・エリア状の負荷圧受圧面84を形成する。したがって、通路15の流体圧アクチュエータ２への供給圧または流体圧アクチュエータ２の負荷圧が、通路73を経て、このドーナツ・エリア状の負荷圧受圧面84に作用し、プッシュプルアクチュエータ56に対し流体圧アクチュエータ２の負荷圧をフィードバックするように構成されている。
【００７２】
さらに、中央演算処理装置（ＣＰＵ）を内蔵したコントローラ85を有し、このコントローラ85は、入力信号として操作レバー86よりの操作量に関する操作信号、ポンプ吐出通路11に設けられたポンプ吐出圧を検出するポンプ吐出圧センサ87よりのポンプ吐出圧信号、スプール弁ストローク検出センサ81よりのスプール弁ストローク信号、ポペット弁41のストロークを検出するためのポペット弁ストローク検出センサ75よりのポペット弁ストローク信号を得て、各メータインバルブA1IMV ，A2IMV のプッシュプルアクチュエータ56、メータアウトバルブA3IMV ，A4IMV の電磁アクチュエータ35，39、共通バイパス弁８およびポンプ吐出量制御用の電磁アクチュエータ88へ制御電流を出力する。
【００７３】
図４は、図３に示された負荷圧フィードバック型メータインバルブA2IMV'と、同様の構造を有する負荷圧フィードバック型メータインバルブA1IMV'と、図２に示されたメータアウトバルブA3IMV ，A4IMV との組合せで、ブリッジ回路３´を構成した油圧回路図を示す。
【００７４】
次に、この図３および図４に示された本発明に係る一実施の形態の作用、効果を示す。
【００７５】
パイロットスプール弁54の第１のランド部67に段差を設けることで、ドーナツ・エリア状の負荷圧受圧面84を設置して、通路73の圧力すなわち通路15の負荷圧をパイロットスプール弁54が押出される方向に作用させる。
【００７６】
通路13から通路15へポンプ吐出油をメータリング供給中は、プッシュプルアクチュエータ56は、メータリングノッチ69を開く方向に圧縮コイルバネ64のバネ力に抗して押込んでいるが、パイロットスプール弁 54 の釣り合い条件が、（負荷圧）×（ドーナツ・エリア状の負荷圧受圧面 84 の面積）＋（圧縮コイルバネ 64 のバネ力）＝（プッシュプルアクチュエータ 56 の押込推力）であるから、（負荷圧）×（ドーナツ・エリア状の負荷圧受圧面84の面積）の力と圧縮コイルバネ64のバネ力との和が、プッシュプルアクチュエータ56の押込推力を超えると、メータリングノッチ69が閉止される方向へパイロットスプール弁54が復帰移動して、メータイン側ポペット弁41もシート部49を閉止する方向へ動作するので、ポンプ吐出圧は、シート部49で減圧され、流体圧アクチュエータ２への供給圧は所定の値まで減少する。
【００７７】
コントローラ85から出力される電流値でプッシュプルアクチュエータ56の推力もコントロールされるので、図８に示されるように、各流体圧アクチュエータ毎に夫々好適な圧力（力）モジュレーションカーブを持たせることができる。
【００７８】
また、流体圧アクチュエータ２への流量供給中に、コントローラ85の中央演算処理装置（ＣＰＵ）は、コマンド電流値より予めインプットされたメモリ中のデータに照し合わせてプッシュプルアクチュエータ56の推力が判っており、また、スプール弁ストローク検出センサ81で検出されたパイロットスプール弁54の変位量から圧縮コイルバネ64のバネ力が判っており、したがって、ドーナツ・エリア状の負荷圧受圧面84に作用する負荷圧値も逆算できるので、ポンプ吐出圧センサ87により検出されたポンプ吐出圧信号から、メータイン側ポペット弁41のシート部49を介する前後差圧が判明する。
【００７９】
その上、メータイン側ポペット弁41のストロークを検出するポペット弁ストローク検出センサ75によりメータイン側ポペット弁41の変位量が検出され、この変位量よりポペット弁入口部の開口面積が判るので、流体圧アクチュエータ２への供給流量のコントロールが可能となり、図９に示されるように、各流体圧アクチュエータ毎に夫々好適な流量、すなわち速度モジュレーションカーブを持たせることができる。
【００８０】
前述のように、各ポペット弁41のパイロットステージは、いずれも小型のパイロットスプール弁54であり、リークが非常に少ないので、従来のメータインバルブおよびメータアウトバルブ共に大径のスプール弁で構成した場合に多量に発生するリークを低減させるためのドリフト低減弁５（図１０）を設ける必要がない。
【００８１】
また、同様にロードホールドチェック弁４も不要であり、バルブハウジング21がコンパクトで安価となるメリットがある。
【００８２】
次に、図５は、図３に示された実施の形態よりポペット弁ストローク検出センサ75を除去した実施の形態を示している。
【００８３】
また、図６は、図３および図５に示された各実施の形態における高圧選択手段の変形例を示し、図３および図５の各実施形態では、高圧選択手段として、メータイン側ポペット弁41の内部にシャトル弁42を設けたが、図６に示されるように、メータイン側ポペット弁41の内部でなくても、またシャトル弁42でなくても良い。
【００８４】
すなわち、バルブハウジング21のポペット弁摺動穴の内周面にて可変スロット47に対応する位置に円周溝91が設けられ、バルブハウジング21内に、ポンプ吐出側の通路13と、この円周溝91とを連通する通路92が設けられ、この通路92中に高圧選択手段としての高圧選択チェック弁42a が介在され、また、アクチュエータ側の通路15と上記円周溝91との間に通路93が設けられ、この通路93中に高圧選択手段としての高圧選択チェック弁42b が介在されたものであるが、機能的にはシャトル弁42と同様である。
【００８５】
そして、ポンプ吐出側の通路13の圧力を通路92を経て高圧選択チェック弁42a に導き、また流体圧アクチュエータ２側の通路15の負荷圧を通路93を経て高圧選択チェック弁42b に導き、これらの圧力の高圧側を高圧選択チェック弁42a ，42b により選択して、円周溝91に導入するようにしても良い。
【００８６】
さらに、図７は、図３および図５に示された各実施の形態における負荷圧受圧面の変形例を示し、図３および図５の各実施形態では、パイロットスプール弁54の第１のランド部67の途中部に小径の段差を形成することでドーナツ・エリア状の負荷圧受圧面84を形成したが、図７に示される実施形態では、パイロットスプール弁54の下端部にバネ受け用の係止部62を介して小径円柱形の負荷圧受圧ロッド94が一体に形成され、この負荷圧受圧ロッド94の先端に小径円形端面の負荷圧受圧面95が形成されたものである。
【００８７】
この場合、バルブハウジング21には、前記係止部62と嵌合する係止部嵌合穴96が設けられているが、この係止部嵌合穴96に対し隔壁部97を介して負荷圧導入室98が形成され、この負荷圧導入室98は、通路99により、前記流体圧アクチュエータ２側の負荷圧が導かれる通路73に連通され、前記負荷圧受圧ロッド94の負荷圧受圧面95は、この負荷圧導入室98に常に臨んでいる。
【００８８】
そして、流体圧アクチュエータ２の負荷圧を、通路73から通路99を経て負荷圧導入室98に導き、この負荷圧導入室98内で負荷圧受圧ロッド94の先端の負荷圧受圧面95に作用させ、プッシュプルアクチュエータ56に対し流体圧アクチュエータ２の負荷圧をフィードバックする。
【００８９】
以上のように、双方向流量制御可能なメータイン側ポペット弁41にロードホールドチェック弁機能も持たせて、バルブハウジング21をコンパクト化し得るとともに、再生制御が可能となる。また、メータイン側ポペット弁41と、同様にパイロット流量増幅型のメータアウト側ポペット弁22とを組合せて、流体圧アクチュエータ制御用のブリッジ回路３を構成し、低リーク型とすることにより、ポペット弁22，41と同等径の大径スプール弁で構成するブリッジ回路では必要となるドリフト（リーク）低減弁を廃止して、コストを低減できる。
【００９０】
さらに、負荷圧フィードバック用段差により負荷圧受圧面84を形成したパイロットスプール弁54のプッシュプルアクチュエータ56の電流値、変位量から負荷圧を算定できる負荷圧算定機構を形成し、さもなくば負荷圧を検出するために必要となる圧力センサを必要とせず、複数の流体圧アクチュエータ２を個々に好適な圧力モジュレーションで制御できる。一方、負荷圧算定機構と開口面積監視手段（ポペット弁ストローク検出センサ75）により流体圧アクチュエータ２にとって個々に好適な速度モジュレーションを制御できる。そして、他の流体圧アクチュエータがストール（停止）し、ポンプ１がメインリリーフ弁９で決まるような高圧となっても、上記負荷圧受圧面84による負荷圧フィードバック機構（減圧機能）、開口面積監視機構により、流体圧アクチュエータ２の好適な速度制御、圧力制御を個々に達成できる。
【００９１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、負荷圧フィードバック用の負荷圧受圧面をもつパイロットスプール弁を駆動する電磁アクチュエータの電流値および変位量から負荷圧を演算できるから、負荷圧を検出する圧力センサを必要とせず、複数の流体圧アクチュエータを個々に好適な圧力モジュレーション特性で制御できる。
【００９２】
請求項２記載の発明によれば、２個のメータインバルブを共に開いた状態にすることにより、一方のメータインバルブから他方のメータインバルブに作動流体を再生できる。
【００９３】
請求項３記載の発明によれば、ポペット弁にかかる差圧とポペット弁の開口面積とを制御して、複数の流体圧アクチュエータを個々に好適な速度モジュレーション特性で制御できる。特に、他の流体圧アクチュエータがストール（停止）し、例えばポンプがメインリリーフ弁で決まるような高圧となっても、上記負荷圧をフィードバックする構造と開口面積監視手段とにより、各流体圧アクチュエータの好適な速度制御および圧力制御を個々に達成できる。この効果は、複数の流体圧アクチュエータを単独操作するときにおいてもあるいは同時操作するときにおいても得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の前提技術となる弁装置および流体圧アクチュエータ制御装置の断面図および油圧回路図である。
【図２】図１に示された弁装置のメータインバルブと、パイロット流量増幅型ポペット弁を含むメータアウトバルブとの組合せで形成したブリッジ回路を示す油圧回路図である。
【図３】本発明に係る弁装置および流体圧アクチュエータ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４】図３に示された弁装置のメータインバルブと、パイロット流量増幅型ポペット弁を含むメータアウトバルブとの組合せで形成したブリッジ回路を示す油圧回路図である。
【図５】図３に示された実施の形態の変形例であり、ポペット弁ストローク検出センサを除去した実施の形態を示す断面図および油圧回路図である。
【図６】図３および図５に示された各実施の形態における高圧選択手段の変形例を示す部分断面図である。
【図７】図３および図５に示された各実施の形態における負荷圧受圧面の変形例を示す部分断面図である。
【図８】操作レバーの操作量と流体圧アクチュエータの制御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９】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。
【図１０】従来のメータイン・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。
【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
13 ポンプ側の通路
15 流体圧アクチュエータ側の通路
41 ポペット弁としてのメータイン側ポペット弁
42 高圧選択手段としてのシャトル弁
42a ，42b 高圧選択手段としての高圧選択チェック弁
49 シート部
51 バネ室
52 バネとしての圧縮コイルバネ
54 パイロットスプール弁
56 電磁アクチュエータとしてのプッシュプルアクチュエータ
64 パイロットバネとしての圧縮コイルバネ
75 開口面積監視手段としてのポペット弁ストローク検出センサ
81 スプール弁ストローク検出センサ
84 環状段差形の負荷圧受圧面
95 小径円形端面の負荷圧受圧面
85 コントローラ
87 ポンプ吐出圧センサ
Claims (3)
- ポンプと、
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と、
ポンプと流体圧アクチュエータとの間に設けられパイロット流量増幅型のポペット弁を用いたポンプ側の２個のメータインバルブ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により形成したブリッジ回路と、
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、
メータインバルブは、
ポンプと流体圧アクチュエータとの間に設けられたシート部と、
このシート部に接離自在に設けられた双方向流量制御可能のポペット弁と、
このポペット弁に対しシート部と反対側に位置するバネ室と、
このバネ室に内蔵されポペット弁をシート部に押圧するバネと、
ポンプ側の通路の圧力と流体圧アクチュエータ側の通路の圧力とで高い圧力を選択してバネ室に導く高圧選択手段と、
バネ室からポンプ側の通路と流体圧アクチュエータ側の通路との低圧側に排出されるパイロット流量を制御するポペット弁より小径のパイロットスプール弁と、
このパイロットスプール弁を軸方向に推進する電磁アクチュエータと、
この電磁アクチュエータに対しパイロットスプール弁を中立位置に付勢するパイロットバネと、
パイロットスプール弁の変位量を検出するスプール弁ストローク検出センサと、
パイロットスプール弁に設けられ流体圧アクチュエータ側の負荷圧を受ける負荷圧受圧面とを具備し、
コントローラは、
電磁アクチュエータに供給される電流値よりその推力を判定し、
スプール弁ストローク検出センサにより検出したパイロットスプール弁の軸方向変位量よりそのバネ力を演算し、
電磁アクチュエータの推力とバネ力との差を負荷圧受圧面の面積で割ることによりパイロットスプール弁の負荷圧受圧面にかかる負荷圧を演算し、
操作量に対する流体圧アクチュエータへの供給圧の変化を表わす圧力モジュレーションカーブを流体圧アクチュエータに応じて制御する
ことを特徴とする流体圧アクチュエータ制御装置。 - コントローラは、
２個のメータインバルブを共に開く状態に制御する
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制御装置。 - 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、
ポペット弁の変位量からポペット弁の開口面積を監視する開口面積監視手段とを具備し、
コントローラは、
ポンプ吐出圧センサにより検出されたポペット弁にかかるポンプ吐出圧と、パイロットスプール弁の負荷圧受圧面に関する演算で得られるポペット弁にかかる負荷圧値とから、ポペット弁にかかる差圧を演算し、
この差圧と、開口面積監視手段により検出されたポペット弁の開口面積とにより流体圧アクチュエータに供給される作動流体の流量を演算し、
操作量に対する流体圧アクチュエータの速度の変化を表わす速度モジュレーションカーブを流体圧アクチュエータに応じて制御する
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制御装置。
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