JP3673118B2 - 流体圧アクチュエータの制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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、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、前記パイロット圧作用面より小さな受圧面積を有する負荷圧受圧面とを備え、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、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、コントローラは、コマンド信号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演算し、ストロークセンサにより検出されたメータインスプールのストロークからメータインバルブのバネのバネ力を演算することで、流体圧アクチュエータの負荷圧を演算し、パイロット制御圧を操作量と関連して制御することで流体圧アクチュエータの負荷圧を制御し、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を演算し、ポンプ吐出圧センサで検出されたポンプ吐出圧と、演算された流体圧アクチュエータの負荷圧とから、メータインスプールの絞り部の前後差圧を演算し、この前後差圧と、絞り部の開口面積とから、メータインスプールの絞り部での通過流量を演算し、パイロット制御圧を操作量と関連して制御することでメータインスプールの絞り部での通過流量を制御する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。その際、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。さらに、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、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。
【００１７】
請求項２に記載された発明は、請求項１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。
【００１８】
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。さらに、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。
【００１９】
【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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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A3IMV，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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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A1IMVも全く同一の構造を持つので、その詳細図は省略する。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
次に、前記メータインバルブA1IMV，A2IMV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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
（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。
【００５７】
（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。
【００５８】
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。
【００５９】
（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。
【００６０】
（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。
【００６１】
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。
【００６２】
（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。
【００６３】
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。
【００６４】
（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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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46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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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A3IMV，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。
【００７４】
【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。その際、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。さらに、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、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。
【００７５】
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。さらに、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
【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、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、前記パイロット圧作用面より小さな受圧面積を有する負荷圧受圧面とを備え、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、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、コントローラは、コマンド信号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演算し、ストロークセンサにより検出されたメータインスプールのストロークからメータインバルブのバネのバネ力を演算することで、流体圧アクチュエータの負荷圧を演算し、パイロット制御圧を操作量と関連して制御することで流体圧アクチュエータの負荷圧を制御し、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を演算し、ポンプ吐出圧センサで検出されたポンプ吐出圧と、演算された流体圧アクチュエータの負荷圧とから、メータインスプールの絞り部の前後差圧を演算し、この前後差圧と、絞り部の開口面積とから、メータインスプールの絞り部での通過流量を演算し、パイロット制御圧を操作量と関連して制御することでメータインスプールの絞り部での通過流量を制御する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。その際、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。さらに、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、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。
【００１７】
請求項２に記載された発明は、請求項１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。
【００１８】
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。さらに、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。
【００１９】
【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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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A3IMV，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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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A1IMVも全く同一の構造を持つので、その詳細図は省略する。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
次に、前記メータインバルブA1IMV，A2IMV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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
（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。
【００５７】
（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。
【００５８】
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。
【００５９】
（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。
【００６０】
（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。
【００６１】
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。
【００６２】
（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。
【００６３】
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。
【００６４】
（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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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46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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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A3IMV，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。
【００７４】
【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。その際、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。さらに、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、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。
【００７５】
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。さらに、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
Claims (2)
- 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、
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、前記パイロット圧作用面より小さな受圧面積を有する負荷圧受圧面とを備え、
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、
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、
コントローラは、
コマンド信号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演算し、ストロークセンサにより検出されたメータインスプールのストロークからメータインバルブのバネのバネ力を演算することで、流体圧アクチュエータの負荷圧を演算し、パイロット制御圧を操作量と関連して制御することで流体圧アクチュエータの負荷圧を制御し、
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を演算し、ポンプ吐出圧センサで検出されたポンプ吐出圧と、演算された流体圧アクチュエータの負荷圧とから、メータインスプールの絞り部の前後差圧を演算し、この前後差圧と、絞り部の開口面積とから、メータインスプールの絞り部での通過流量を演算し、パイロット制御圧を操作量と関連して制御することでメータインスプールの絞り部での通過流量を制御する
ことを特徴とする流体圧アクチュエータの制御装置。 - 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１記載の流体圧アクチュエータの制御装置。
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