JPH11280705A - 油圧弁操作装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 油圧弁のコントロールスプールをパイロット
圧油により操作する場合の、操作手段の操作量に応じた
コントロールスプールの動き量が得られない問題、また
油圧弁を流れる流体のフローフォースの影響の問題を解
消させる。 【解決手段】 操作手段により指令電流を出力して、駆
動コイル、パイロット弁を有する流体圧制御弁により指
令電流に比例したパイロット圧油を出力するようにす
る。また、コントロールスプールの動き量をストローク
センサにより検出して、フローフォース等の影響により
コントロールスプールの動き量が指令操作量を外れる時
には指令操作量になるように指令電流を補正するように
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、油圧弁のコントロ
ールスプールをパイロット圧油により操作する油圧弁操
作装置、さらに詳しくは、特に大流量を制御する油圧弁
の操作に好都合な油圧弁操作装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８を参照して、コントロールスプール
を有する油圧弁を備えたアクチュエータ駆動油圧回路及
びコントロールスプールを操作してのアクチュエータの
作動操作について説明する。典型的なこの種油圧回路
は、主油圧ポンプ６２、主油圧ポンプ６２からの吐出油
の流れを切換制御する油圧弁であるコントロールスプー
ル６１を有する方向制御弁６０、方向制御弁６０に接続
されて主油圧ポンプ６２からの吐出油により作動する油
圧アクチュエータである油圧シリンダ６４、及びパイロ
ット圧油を制御して方向制御弁６０のコントロールスプ
ール６１を操作する操作手段６６を備えている。

【０００３】操作手段６６は、パイロット油圧ポンプ６
８からの吐出油の圧力を操作レバー６６ｄの操作量に応
じた圧力に制御してパイロット圧油として出力する一対
の減圧弁６６ａ及び６６ｂを備えている。操作レバー６
６ｄを揺動中心６６ｃを中心に図示の中立位置から、減
圧弁６６ａ側のα１方向に倒して減圧弁６６ａを、減圧
弁６６ｂ側のα２方向に倒して減圧弁６６ｂを操作す
る。減圧弁６６ａから出力されたパイロット圧油は方向
制御弁６０のコントロールスプール６１の一端側が位置
する油室６０ａに、減圧弁６６ｂから出力されたパイロ
ット圧油はコントロールスプール６１の他端側が位置す
る油室６０ｂにそれぞれ導かれる。

【０００４】減圧弁６６ａ及び減圧弁６６ｂが操作され
ないパイロット圧油が出力されない状態（図８の状態）
においては、油室６０ａ及び油室６０ｂは減圧弁６６ａ
及び減圧弁６６ｂを介してドレーン６６ｅに解放され、
コントロールスプール６１はコントロールスプール６１
の一端部（油室６０ｂ側）に設けられた中立ばね６１ａ
のばね力により中立位置に保持されている。この状態に
おいては、主油圧ポンプ６２からの吐出油は、コントロ
ールスプール６１により止められて油圧シリンダ６４に
は流れず、油圧シリンダ６４は作動しない。

【０００５】油室６０ａ、あるいは油室６０ｂにパイロ
ット圧油が供給されると、コントロールスプール６１
は、パイロット圧油による力が中立ばね６１ａの取付ば
ね力に達すると、パイロット圧油に押されて中立ばね６
１ａのばね力と釣り合うところまで、図８において下方
にあるいは上方に摺動変位する。コントロールスプール
６１が摺動変位すると、コントロールスプール６１によ
り止められていた油圧ポンプ６２からの吐出油は油圧シ
リンダ６４のロッド側油室６４ａに、あるいはヘッド側
油室６４ｂに導かれ、ロッド６４ｃを伸張方向（図８に
おいて下方）にあるいは収縮方向（図８において上方）
に作動させる。この時、油圧ポンプ６２からの吐出油が
導かれない反対側のロッド側油室６４ａあるいはヘッド
側油室６４ｂの油は、方向制御弁６０を介してドレーン
６７に流れる。操作レバー６６ｄの操作量を大きくして
パイロット圧油の圧力を上昇させると、コントロールス
プール６１の摺動変位量は増し、油圧シリンダ６４への
コントロールスプール６１の開度は大きくなり、油圧シ
リンダ６４に流れる流量は増加し、ロッド６４ｃの作動
速度は速くなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したとおりの形態
の、パイロット圧油による油圧弁のコントロールスプー
ルの操作には、次のとおりの解決すべき問題があった。

【０００７】（１）減圧弁のヒステリシス：上述のパイ
ロット油圧と操作レバー６６ｄの操作量との関係には、
図９に示すように、周知のヒステリヒスが発生する。す
なわち、操作レバー６６ｄを中立位置からα１方向に操
作する場合と、α１方向に操作した位置から中立位置の
方向に戻す操作の場合とでは、同じ操作量例えばα１側
のαｎにおいて、パイロット油圧Ｐｐは、α１方向に操
作する場合ではＰｐｎに、逆に中立位置の方向に戻す操
作の場合ではＰｐｎよりも大きいＰｐｍになる。したが
って、コントロールスプール６１の摺動変位量はパイロ
ット油圧Ｐｐに比例するから、図１０に示すように例え
ば操作方向α１側で見ると、操作レバー６６ｄの操作量
αｎにおいて、コントロールスプール６１の変位量が同
じ操作量αｎで、ＸｎとＸｎよりも大きいＸｍになって
しまう。

【０００８】（２）油圧制御弁を流れる流体のフローフ
ォース：図８に戻って説明を続けると、油圧制御弁６０
を流れる流体の流量、流速等によりコントロールスプー
ル６１には流体力である周知のフローフォースが作用
し、パイロット油圧Ｐｐと中立ばね６１ａのばね力との
釣合いで規定されるコントロールスプール６１の摺動変
位量を変動させる。そのために、パイロット油圧Ｐｐに
よるコントロールスプール６１の操作量すなわち摺動変
位量の制御精度が悪くなる。このフローフォースは、方
向制御弁６０のコントロールスプール６１を流れる流体
が大流量になるほど大きくなる。

【０００９】（３）油圧アクチュエータの作動速度の再
現性：上述のヒステリヒス及びフローフォースのため
に、操作レバー６６ｄの同じ操作量に対して方向制御弁
６０のコントロールスプール６１の操作量が変わり、油
圧シリンダ６４に流れる主油圧ポンプ６２からの油量が
変わるから、操作レバー６６ｄを同じ量操作しても油圧
シリンダ６４が同じ速度で作動しない再現性に欠ける問
題が発生する。

【００１０】本発明は上記事実に鑑みてなされたもの
で、その技術的課題は、操作手段の操作量に応じた油圧
弁のコントロールスプールの動き量が得られるようにパ
イロット圧油を制御することができ、また油圧弁を流れ
る流体のフローフォースの影響を解消することができ
る、油圧弁操作装置を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明においては、上記
技術的課題を解決するために、油圧弁のコントロールス
プールを操作するための油圧弁操作装置を次のように構
成する。 （１）パイロット圧油を制御するパイロット弁のパイロ
ットスプールを、操作手段からの駆動電流に比例した駆
動力を発生する電磁コイルにより操作し、パイロットス
プールを、駆動電流に比例して変位させる。 （２）パイロット弁のパイロットスプールのノッチを、
パイロットスプールの変位量に比例したパイロット圧油
を出力するように形成する。 （３）油圧弁のコントロールスプールの動き量をストロ
ークセンサで検出して、コントロールスプールの動き量
が目標の操作量から外れた時には目標の操作量になるよ
うに電磁コイルへの駆動電流の大きさを補正してパイロ
ット圧油の大きさを補正する。 （４）油圧弁のコントロールスプールに接続するコント
ロールピストンを有するコントロールシリンダを設け、
パイロット油圧によりコントロールピストンを動かして
コントロールスプールを操作する。

【００１２】すなわち、本発明によれば、上記技術的課
題を解決する油圧弁操作装置として、油圧弁のコントロ
ールスプールを操作するためのパイロット圧油を制御す
る流体圧制御弁を備えた油圧弁操作装置において、該流
体圧制御弁は、供給ノッチ及び戻りノッチが形成された
パイロットスプール並びに該パイロットスプールを中立
位置に保持する中立ばねを備えたパイロット弁と、指令
電流に比例した駆動力を発生して該パイロットスプール
を該中立ばねのばね力に抗して摺動変位させる駆動コイ
ルとを備え、該供給ノッチをオーバラップに、また該戻
りノッチをアンダラップに形成することにより、該流体
圧制御弁は、該パイロットスプールの変位量に比例した
圧力のパイロット圧油を出力する、ことを特徴とする油
圧弁操作装置が提供される。

【００１３】したがって、流体圧制御弁のパイロットス
プールの摺動変位量は指令電流に比例して変位し、流体
圧制御弁はパイロットスプールの摺動変位量に比例する
パイロット油圧を出力する。

【００１４】好適実施形態においては、該油圧弁操作装
置は、該油圧弁操作装置は、該指令電流を出力する操作
手段と、該コントロールスプールの変位量を検出するス
トロークセンサとを備え、該操作手段は、該ストローク
センサからの出力信号に基づいて、該コントロールスプ
ールの変位量が該操作手段の指令変位量になるように該
流体圧制御弁への該指令電流を補正する。

【００１５】したがって、油圧弁のコントロールスプー
ルの変位量が指令の変位量と異なる時には、指令の変位
量になるように操作指令電流が補正される。

【００１６】好適実施形態においては、該油圧弁操作装
置は、該コントロールスプールに連結されて該流体圧制
御弁からの該パイロット圧油により作動するコントロー
ルピストンを有するコントロールシリンダを備えてい
る。また、該ストロークセンサは、該コントロールシリ
ンダのコントロールピストンの変位量を検出する。

【００１７】したがって、コントロールシリンダのコン
トロールピストンをパイロット油圧により操作すること
により、コントロールスプールが操作される。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に従って構成された
油圧弁操作装置の好適実施形態を図示している添付図面
を参照して、さらに詳細に説明する。なお、図１〜図７
において図８〜図１０と実質上同一の部分は同一の符号
で示されている。

【００１９】図１を参照して説明すると、全体を番号１
で示す油圧弁操作装置は、油圧弁である方向制御弁６０
のコントロールスプール６１を操作するためのパイロッ
ト圧油を出力する流体圧制御弁２を備えている。油圧弁
操作装置１はまた、流体圧制御弁２を操作する操作手段
４０と、方向制御弁６０のコントロールスプール６１に
連結されて流体圧制御弁２からのパイロット圧油により
作動するコントロールピストン３４を有するコントロー
ルシリンダ３０と、コントロールシリンダ３０に取り付
けられてコントロールピストン３４の変位量を検出する
ことによりコントロールスプール６１の摺動量を検出し
て操作手段４０に出力するストロークセンサ５０とを備
えている。

【００２０】流体圧制御弁２は、パイロット圧油を制御
するパイロット弁１０及びパイロット弁１０を操作する
駆動コイル２０を備えている。

【００２１】パイロット弁１０は、パイロット弁ボデー
１２に形成されたスプール摺動孔１４に摺動自在に挿入
されたパイロットスプール１６、及びパイロットスプー
ル１６の一端に取り付けられてパイロットスプール１６
を中立位置に保持する中立ばね１８を有している。パイ
ロットスプール１６には、パイロット圧油の流れを制御
する、供給ノッチ１６ａ及び１６ｂ、並びに戻りノッチ
である１６ｃ及び１６ｄが形成されている。

【００２２】パイロット弁ボデー１２には、スプール摺
動孔１４に連通する、流入ポート１２ａ、第１供給ポー
ト１２ｂ、第２供給ポート１２ｃ、第１ドレーンポート
１２ｄ、及び第２ドレーンポート１２ｅが形成されてい
る。なお、第１ドレーンポート１２ｄ及び第２ドレーン
ポート１２ｅはパイロット弁ボデー１２のドレーンポー
ト１２ｆに連通している。そして、流入ポート１２ａに
は後に述べるパイロット油圧ポンプ６８の吐出油が導か
れ、第１供給ポート１２ｂ及び第２供給ポート１２ｃは
後に詳述するコントロールシリンダ３０に接続されてい
る。

【００２３】図１とともに図２を参照してパイロットス
プール１６を説明する。パイロットスプール１６には、
流入ポート１２ａと第１供給ポート１２ｂとを連通する
供給ノッチである第１供給ノッチ１６ａ、流入ポート１
２ａと第２供給ポート１２ｃとを連通する供給ノッチで
ある第２供給ノッチ１６ｂ、第１供給ポート１２ｂと第
１ドレーンポート１２ｄとを連通する戻りノッチである
第１戻りノッチ１６ｃ、及び第２供給ポート１２ｃと第
２ドレーンポート１２ｅとを連通する戻りノッチである
第２戻りノッチ１６ｄが形成されている。これらのノッ
チは、パイロットスプール１６のスプール摺動孔１４を
摺動する大径部の端部に円周方向で１８０°離れた位置
にそれぞれ１個計２個形成されている。

【００２４】図１及び図２を参照して説明を続けると、
中立ばね１８は一定のばね定数を有する圧縮コイルばね
で形成され、パイロットスプール１６の一端に形成され
た小径部１６ｅに嵌められたカラー１９ａ及びカラー１
９ｂの間に圧縮されて取り付けられている。カラー１９
ａはパイロットスプール１６の大径部の端に当接し、カ
ラー１９ｂは小径部１６ｅの端に形成された雄ねじ１６
ｆに取り付けられたナット１９ｃに当接している。さら
に、カラー１９ａはパイロット弁ボデー１２の摺動孔１
４の開口端に当接し、カラー１９ｂはパイロット弁ボデ
ー１２に取り付けられたフランジ１９ｄに当接してい
る。かくして、パイロットスプール１６は、中立ばね１
８の圧縮されたばね力による取付荷重により中立位置に
保持されている。

【００２５】上述のように形成されたパイロット弁ボデ
ー１２の各ポートとパイロットスプール１６の各ノッチ
とは次の関係で形成されている。

【００２６】（１）パイロットスプール１６の中立位置
においては、第１供給ノッチ１６ａ及び第２供給ノッチ
１６ｂは、スプール摺動孔１４にオーバラップ、すなわ
ち流入ポート１２ａと第１供給ポート１６ａ及び流入ポ
ート１２ａと第２供給ポート１６ｂとの間をそれぞれ遮
断している。第１戻りノッチ１６ｃ及び第２戻りノッチ
１６ｄは、スプール摺動孔１４にアンダラップ、すなわ
ち第１供給ポート１６ａと第１ドレーンポート１２ｄ及
び第２供給ポート１２ｂと第２ドレーンポート１２ｅと
の間をそれぞれ連通している。

【００２７】（２）パイロットスプール１６を、流入ポ
ート１２ａと第１供給ポート１２ｂとが第１供給ノッチ
１６ａを通して連通する方向（図１において矢印Ｘ１で
示す方向）に摺動させると、第１供給ポート１２ａと第
１ドレーンポート１２ｄを連通している第１戻りノッチ
１６ｃは閉まる方向に、流入ポート１２ａと第２供給ノ
ッチ１６ｂとの間の第２供給ノッチ１６ｂは遮断したま
まに、そして第２供給ポート１２ｂと第２ドレーンポー
ト１２ｅとを連通している第２戻りノッチ１６ｄはさら
に開放する方向になる。

【００２８】（３）パイロットスプール１６を、流入ポ
ート１２ａと第２供給ポート１２ｃとを第２供給ノッチ
１６ｂを通して連通する方向（図１において矢印Ｘ２で
示す方向）に摺動させると、第２供給ポート１２ｃと第
２ドレーンポート１２ｅを連通している第２戻りノッチ
１６ｄは閉まる方向に、流入ポート１２ａと第１供給ノ
ッチ１６ａとの間の第１供給ノッチ１６ａは遮断したま
まに、そして第１供給ポート１２ａと第１ドレーンポー
ト１２ｄとを連通している第１戻りノッチ１６ｃはさら
に開放する方向になる。

【００２９】図１及び図３を参照して操作手段４０を説
明する。操作手段４０は、操作レバー４２ａの操作量に
基づいて操作量に比例した指令電圧Ｖref を出力する操
作部４２と、操作部４２からの指令電圧Ｖref に基づい
て指令電圧Ｖref に応じた指令電流Ｉを駆動コイル２０
に出力するサーボアンプ４４とを備えている。操作レバ
ー４２ａを、揺動中心４２ｂを中心に、中立位置（図１
に示す状態）からα１の方向に揺動操作すると、図３に
示すように、操作量に比例したゼロから（正）の値で増
加する指令電圧Ｖref が出力され、反対のα２の方向に
操作すると、操作量に比例したゼロから（負）の値で増
加する指令電圧Ｖref が出力される。そして、サーボア
ンプ４４からはこの指令電圧にＶref 比例した（正）あ
るいは（負）の指令電流Ｉが出力される。なお、サーボ
アンプ４４から出力される指令電流Ｉは、後に述べるス
トロークセンサ５０から電圧信号Ｖfbが出力されると、
それに基づいて補正される。

【００３０】図１及び図４を参照して駆動コイル２０を
説明すると、駆動コイル２０は電磁コイルを備え、駆動
電流の大きさに比例し駆動電流の流れ方向に応じた駆動
力を発生する周知のものである。したがって、図１にお
いては駆動コイル２０の詳細図示は省略されている。駆
動コイル２０はボルト２０ａによりパイロット弁ボデー
１２に取り付けられている。駆動コイル２０には駆動力
Ｆｃにより進退作動する出力軸２０ｂが設けられ、この
出力軸２０ｂに、パイロットスプール１６の中立ばね１
８が取り付けられた端の反対端が、ピン２０ｃにより連
結されている。駆動コイル２０の駆動力Ｆc の方向は、
操作手段４０から与えられる指令電流Ｉの流れ方向の
（正）（負）により逆になる。駆動コイル２０に（正）
の指令電流Ｉを流すと、出力軸２０ｂには図１に示すよ
うにパイロットスプール１６を矢印Ｘ１の方向に押す、
＋Ｆｃの駆動力が発生し、（負）の指令電流Ｉを流す
と、出力軸２０ｂにはパイロットスプール１６を矢印Ｘ
２の方向に引く、−Ｆｃの駆動力が発生する。操作手段
４０の操作レバー４２ａを中立位置からα１の方向にあ
るいは反対のα２の方向に操作して駆動電流Ｉの方向を
選択することにより、パイロットスプール１６は矢印Ｘ
１の方向にあるいは反対の矢印Ｘ２の方向に摺動され
る。そして、図４に示すように、駆動力Ｆｃがパイロッ
トスプール１６の中立ばね１８の取付荷重に相当する駆
動力Ｆｃ１（逆方向では−Ｆｃ１）になると、パイロッ
トスプール１６は駆動力Ｆｃに比例した変位量Ｘで変位
する。

【００３１】図１を参照して説明を続けると、コントロ
ールシリンダ３０は、パイロット弁１０と方向制御弁６
０との間に介在されている。コントロールシリンダ３０
は両ロッド形の複動シリンダで形成され、コントロール
シリンダボデー３２と、コントロールシリンダボデー３
２内に挿入された両ロッドを有するコントロールピスト
ン３４とを備えている。方向制御弁６０のコントロール
スプール６１はコントロールピストン３４の片方のロッ
ド端に接続されている。

【００３２】コントロールシリンダボデー３２は方向制
御弁６０にボルト６２ａにより、またパイロット弁１０
がボルト（図示していない）によりコントロールシリン
ダボデー３２に、それぞれ取り付けられている。コント
ロールシリンダボデー３２には、コントロールピストン
３４が摺動する一端がコントロールシリンダボデー３２
により閉じられたピストン摺動孔３２ａ、ピストン摺動
孔３２ａとパイロット弁１０の第１供給ポート１２ｂと
を結ぶポート３２ｂ、ピストン摺動孔３２ａとパイロッ
ト弁１０の第２供給ポート１２ｃとを結ぶポート３２ｃ
が形成されている。コントロールピストン３４には、ピ
ストン摺動孔３２ａを摺動するピストン部３４ａ、ピス
トン部３４ａからピストン摺動孔３２ａの軸線方向で両
側に同一の外径で延びるロッド部３４ｂ及び３４ｃが形
成されている。ロッド部３４ｂはピストン摺動孔３２ａ
の閉じられた端のコントロールシリンダボデー３２に形
成された貫通するロッド孔３２ｂに摺動自在に挿入さ
れ、突出した端部に雄ねじ３４ｄが形成されている。こ
の雄ねじ３４ｄには方向制御弁６０のコントロールスプ
ール６１が連結されている。反対側のロッド部３４ｃ
は、コントロールシリンダボデー３２のピストン摺動孔
３２ａの開放端に嵌め込まれたフランジ３６に形成され
たロッド孔３６ａに摺動自在に挿入されている。ピスト
ン部３４ａの外周部には外周部に形成された環状溝にピ
ストン摺動孔３２ａとの間をシールするシール３８ａ
が、ロッド部３４ｂとロッド摺動孔３６ａとの摺動部に
はロッド孔３６ａの内周面に形成された環状溝にシール
３８ｂが、ロッド部３４ｃとロッド孔３６ａとの間には
ロッド孔３６ａの内周面に形成された環状溝にシール３
８ｃが、そしてフランジ３６とピストン摺動孔３２ａと
の間にはフランジ３６の外周面に形成された環状溝にシ
ール３８ｄがそれぞれ取り付けられている。なお、コン
トロールピストン３４の軸中心には軸線方向にロッド部
３４ｃの端部からロッド部３４ｂに向けて、先端が閉じ
られた筒孔３４ｅが設けられている。この筒孔３４ｅに
はストロークセンサ５０（ストロークセンサ５０につい
ては後に述べる）のセンサロッド５０ｂが挿入されてい
る。

【００３３】上述のように構成されたコントロールシリ
ンダ３０には、ピストン摺動孔３２ａに挿入されたコン
トロールピストン３４により、ピストン部３４ａのロッ
ド部３４ｃ側にパイロット弁１０の第１供給ポート１２
ｂに接続する油室Ａが、そしてピストン部３４ａの他側
ロッド部３４ｂ側にパイロット弁１０の第２供給ポート
１２ｃに接続する油室Ｂがそれぞれ形成されている。そ
して、コントロールピストン３４のロッド部３４ｂとロ
ッド部３４ｃの外径は同一であるから、油室Ａ及び油室
Ｂのピストン部３４ａのコントロールピストン３４をパ
イロット圧油で作動させる受圧面積は同一になってい
る。

【００３４】コントロールシリンダ３０の油室Ａにパイ
ロット弁１０の第１供給ポート１２ｂからポート３２ｂ
を介してパイロット圧油を供給すると、コントロールピ
ストン３４は、油室Ｂはポート３２ｃがつながるパイロ
ット弁１０の第２供給ポート１２ｃが第２ドレーン油路
１２ｅに解放されているから、矢印Ｙ１で示す方向に移
動する。逆に、油室Ｂに第２供給ポート１２ｃからポー
ト３２ｃを介してパイロット圧油を供給すると、コント
ロールピストン３４は、油室Ａはポート３２ｂがつなが
る第１供給ポート１２ｂが第１ドレーン油路１２ｄに解
放されているから、矢印Ｙ２で示す反対の方向に移動す
る。コントロールピストン３４が移動することによりコ
ントロールピストン３４に連結されたコントロールスプ
ール６１が動かされる。

【００３５】図５を参照して、パイロット弁１０による
パイロット圧油の制御について、また制御されたパイロ
ット圧油によるコントロールシリンダ３０の作動につい
て説明する。

【００３６】図５（ａ）は、操作手段４０から駆動コイ
ル２０に指令電流Ｉが出力されない、したがって駆動力
Ｆｃが発生していない状態を示している。この時パイロ
ットスプール１６は、中立ばね１８のばね力により中立
位置に保持され、第１供給ノッチ１６ａ及び第２供給ノ
ッチ１６ｂはスプール摺動孔１４にオーバラップして流
入ポート１２ａと第１供給ポート１２ｂ、流入ポート１
２ａと第２供給ポート１２ｃとの間はそれぞれ遮断され
ている。そして、第１戻りノッチ１６ｃ及び第２戻りノ
ッチ１６ｄはスプール摺動孔１４にパイロットスプール
１６の軸線方向でＸset の摺動量アンダラップして第１
供給ポート１２ｂと第１ドレーンポート１２ｄ、第２供
給ポート１２ｃと第２ドレーンポート１２ｅとの間をそ
れぞれ連通している。そのために、流入ポート１２ａに
接続されたパイロットポンプからの圧油は第１供給ポー
ト１２ｂ及び第２供給ポート１２ｃのいずれにも流入し
ない。また、第１供給ポート１２ｂは第１ドレーンポー
ト１２ｄに、第２供給ポート１２ｃは第２ドレーンポー
ト１２ｅにいずれも解放されている。したがって、コン
トロールシリンダ３０の油室Ａ及び油室Ｂにはパイロッ
ト圧油は供給されず、また油室Ａ及び油室Ｂはドレーン
に解放されているから、コントロールピストン３４に連
結された方向制御弁６０のコントロールスプール６１
は、コントロールスプール６１の中立ばね６１ａのばね
力により中立位置に保持されている。

【００３７】図５（ｂ）は、操作手段４０から駆動コイ
ル２０に（正）の指令電流Ｉが流され、＋Ｆｃの駆動力
が発生し、パイロットスプール１６が中立ばね１８のば
ね力に抗して矢印Ｘ１で示す方向（図４（ｂ）において
左方）に押された状態を示している。そして、パイロッ
トスプール１６のＸ１方向の変位量がアンダーラップ量
Ｘset 以下である時、すなわち第１供給ポート１２ｂと
第１ドレーンポート１２ｄを連通する第１戻りノッチが
開いている時は、流入ポート１２ａから第１供給ノッチ
１６ａを通って第１供給ポート１２ｂに流入した圧油
は、一部は第１ドレーンポート１２ｄに流れるので減圧
される。そして、第１供給ポート１２ｂに接続されたコ
ントロールシリンダ３０の油室Ａには、この減圧された
制御圧力Ｐa が作用して、コントロールピストン３４は
矢印Ｙ１で示す方向（図４（ｂ）において左方）に方向
制御弁６０の中立ばね６１ａのばね力と釣り合うところ
まで押される。この時、第２供給ポート１２ｃは第２戻
りノッチ１６ｄを介して第２ドレーンポート１２ｅに解
放されているから、第２供給ポート１２ｃに接続された
油室Ｂはドレーンに解放されている。

【００３８】図５（ｂ）を参照して制御圧力Ｐa につい
てさらに詳細に説明する。流入ポート１２ａから第１供
給ノッチ１６ａを通り第１供給ポート１２ｂに流入し、
第１戻りノッチ１６ｃを通り第１ドレーンポート１２ｄ
に流出する流れには、次の式が成立する。 ［数１］Ｑa = Ｃ・Ａs （２（Ｐs −Ｐa ）／ρ）^1/2 ここに、Ｑa ：流入ポート１２ａから第１供給ノッチ１
６ａを通り第１供給ポート１２ｂに流入する流量 Ｃ ：流量係数 Ａs ：第１供給ノッチ１６ａの開口面積 Ｐs ：流入ポート１２ａの圧力 Ｐa ：制御圧力（第１供給ポート１２ｂの圧力） ρ ：油の密度

【００３９】 ［数２］Ｑr = Ｃ・Ａr （２（Ｐa −Ｐr ）／ρ）^1/2 ここに、Ｑr ：第１供給ポート１２ｂから第１戻りノッ
チ１６ｃを通り第１ドレーンポート１２ｄに流出する流
量 Ａr ：第１戻りノッチ１６ｃの開口面積 Ｐr ：第１ドレーンポート１２ｄの圧力

【００４０】そして、Ｑa = Ｑr であり、ドレーンポー
ト１２ｄの圧力Ｐr = ０とすると、次の式が成り立つ。 ［数３］Ｐa = Ｐs ／（（Ａr ／Ａs ）² ＋１）

【００４１】したがって、制御圧力（第１供給ポート１
２ｂの圧力）Ｐa は、第１供給ノッチ１６ａ及び第１戻
りノッチ１６ｃの２段絞り効果により、第１戻りノッチ
１６ｃの開口面積Ａr 及び第１供給ノッチ１６ａの開口
面積Ａs によって決まる。そして、この第１戻りノッチ
１６ｃの開口面積Ａr 及び第１供給ノッチ１６ａの開口
面積Ａs は、パイロットスプール１６の変位量すなわち
駆動コイル２０の駆動電流Ｉによって決まるから、駆動
電流Ｉによって制御圧力Ｐa が制御される。

【００４２】図５（ｂ）とともに図１を参照して、コン
トロールシリンダ３０に連結された方向制御弁６０のコ
ントロールスプール６１の矢印Ｚで示す変位量を説明す
ると、変位量Ｚは次式で表される。 ［数４］Ｚ= Ａp （Ｐa −Ｐｂ）／ｋ ここに、Ａp ：コントロールピストン３４のピストン部
３４ａの受圧面積Ｐa ：制御圧力（油室Ａの圧力） Ｐｂ：油室Ｂの圧力 ｋ ：コントロールスプール６１の中立ばね６１ａのば
ね定数

【００４３】そして、ドレーンポート１２ｅの圧力Ｐｂ
= ０とすると、次の式が成り立つ。 ［数５］Ｚ= Ａp ・Ｐa ／ｋ

【００４４】したがって、方向制御弁６０のコントロー
ルスプール６１の変位量Ｚはパイロット弁１０により制
御され出力される制御圧力Ｐa に比例する。

【００４５】図５（ｃ）は、操作手段４０から駆動コイ
ル２０に（負）の指令電流−Ｉが流され、−Ｆｃの駆動
力が発生し、パイロットスプール１６が中立ばね１８の
ばね力に抗して矢印Ｘ２で示す方向（図５（ｃ）におい
て右方）に引かれた状態を示している。そして、パイロ
ットスプール１６のＸ２方向の変位量がアンダーラップ
量Ｘset 以下である時、すなわち第２供給ポート１２ｃ
と第２ドレーンポート１２ｅを連通する第２戻りノッチ
１６ｄが開いている時は、流入ポート１２ａから第２供
給ノッチ１６ｂを通って第２供給ポート１２ｂに流入し
た圧油は、一部は第２ドレーンポート１２ｅに流れるの
で減圧される。そして、第２供給ポート１２ｂに接続さ
れたコントロールシリンダ３０の油室Ｂには、この減圧
された制御圧力Ｐａが作用して、コントロールピストン
３４は矢印Ｙ２で示す方向（図５（ｃ）において右方）
に方向制御弁６０の中立ばね６１ａのばね力と釣り合う
ところまで引かれる。この時、第１供給ポート１２ｂは
第１戻りノッチ１６ｃを介して第１ドレーンポート１２
ｄに解放されているから、第１供給ポート１２ｂに接続
された油室Ａはドレーンに解放されている。

【００４６】この図５（ｃ）に示す状態は、図５（ａ）
に示す中立位置のパイロットスプール１６を、図５
（ｂ）に示すＸ１方向とは逆のＸ２方向に動かしたもの
であり、パイロット弁１０によるパイロット圧油Ｐａの
制御、そして制御されたパイロット圧油Ｐａによるコン
トロールシリンダ３０の作動についての詳細な説明は、
図５（ｂ）の説明と実質的に同じであるから、記述が冗
長になるのを避けて省略する。

【００４７】操作手段４０の操作レバー４２ａを中立位
置に戻すと、操作手段４０からの駆動コイル２０への指
令電流Ｉの出力は停止され駆動コイル２０による駆動力
Ｆｃの発生がなくなり、パイロットスプール１６は中立
ばね１８のばね力により図５（ａ）に示す中立位置に戻
され保持される。そして、コントロールシリンダ３０の
油室Ａあるいは油室Ｂへのパイロット圧油の供給は停止
され、また油室Ａ及び油室Ｂはドレーンに解放されるか
ら、コントロールピストン３４に連結された方向制御弁
６０のコントロールスプール６１は、コントロールスプ
ール６１の中立ばね６１ａのばね力により中立位置に戻
される。

【００４８】以上のように構成された流体圧制御弁２
は、駆動コイル２０への指令電流Ｉの大きさ、方向（正
負）を制御してパイロットスプール１６の移動量を制御
することにより、第１供給ポート１２ｂにあるいは第２
供給ポート１２ｃに、指令電流Ｉに比例したパイロット
圧油である制御圧力Ｐa を出力する。そして、この制御
圧力Ｐa により、第１供給ポート１２ｂ及び第２供給ポ
ート１２ｃに接続されたコントロールシリンダ３０のコ
ントロールピストン３４の動作方向と動作量が制御され
る。

【００４９】図１を参照して説明を続けると、ストロー
クセンサ５０は、コントロールシリンダの３０の方向制
御弁６０との連結端とは反対の端に取り付けられてい
る。ストロークセンサ５０は、コントロールシリンダの
３０のフランジ３６に取り付けられたセンサ本体５０
ａ、センサ本体５０ａからコントロールピストン３４の
筒孔３４ｅ内に筒孔３４ｅと隙間をもって延びている誘
導性部材を有したセンサロッド５０ｂ、及び筒孔３４ｅ
の内周面の環状凹部に設けられた環状の永久磁石からな
るセンサ磁石５０ｃを備えている。

【００５０】上述のように構成されたストロークセンサ
５０は、コントロールピストン３４の中立位置からの摺
動変位量を感知して、摺動変位量を電圧信号により操作
手段４０に出力する。すなわち、コントロールスプール
６１の動きに連動するコントロールピストン３４の変位
量を、センサロッド５０ｂとセンサ磁石５０ｃとの軸線
方向の相対変位（センサ本体５０ａからセンサ磁石５０
ｃまで距離の変化）によりセンサロッド５０ｂの誘導性
部材に発生する誘導起電力の大きさの変化を基に感知検
出する。出力電圧信号は、コントロールピストン３４が
中立位置の場合には電圧Ｖfb＝０を出力するようにし、
コントロールピストン３４の変位量が操作手段４０の指
令電圧Ｖref に相当する変位量の時には指令電圧Ｖref
と同じ大きさの電圧Ｖfbを出力するようにして、コント
ロールピストン３４の変位量に比例した電圧Ｖfbをコン
トロールピストン３４のＹ１で示す押し方向の場合には
（正）の電圧で、Ｙ２で示す引っ込み方向の場合には
（負）の電圧で出力する。

【００５１】ストロークセンサ５０からの出力電圧Ｖfb
は操作手段４０において指令電圧Ｖref と比較され、出
力電圧Ｖfbが指令電圧Ｖref と異なる時、すなわちコン
トロールピストン３４の変位量が指令電圧Ｖref により
指令された変位量と異なる時には、出力電圧Ｖfbが指令
電圧Ｖref と同じになるまで、操作手段４０のサーボア
ンプ４４からの出力電流が増減され補正される。そし
て、出力電流が補正されると、パイロット弁１０のパイ
ロットスプール１６の操作量Ｘが補正され、コントロー
ルシリンダ３０へのパイロット圧力Ｐａが補正され、コ
ントロールピストン３４の変位量Ｙが補正される。

【００５２】図１とともに図６を参照して上述したとお
りの油圧弁操作装置１の作用を概括する。

【００５３】（１）油圧弁操作装置１が設けられた油圧
回路には、主油圧ポンプ６２、主油圧ポンプ６２からの
吐出油の流れを切換制御する油圧弁であるコントロール
スプール６１を有する方向制御弁６０、方向制御弁６０
に接続された油圧シリンダ６４を備えている。また、油
圧弁操作装置１のパイロット弁１０にはパイロット油圧
ポンプ６８からの吐出油が接続されている。油圧弁操作
装置１により方向制御弁６０のコントロールスプール６
１が操作される。

【００５４】（２）油圧弁操作装置１の操作手段４０の
操作レバー４２ａにより、操作量に比例した指令電圧Ｖ
ref が、操作方向（α１方向あるいはα２方向）に応じ
て（正）あるいは（負）で出力される。そして、この指
令電圧Ｖref に比例した指令電流Ｉがサーボアンプ４４
から流体圧制御弁２の駆動コイル２０に出力される。

【００５５】（３）駆動コイル２０は指令電流Ｉに比例
した大きさ、方向の駆動力Ｆｃを発生し、パイロット弁
１０のパイロットスプール１６を、パイロットスプール
１６の中立ばね１８のばね力と駆動力Ｆｃとが釣り合う
ところまで動かす。中立ばね１８のばね定数は一定であ
るから、パイロットスプール１６は駆動力Ｆｃの大きさ
に比例して変位する。

【００５６】（４）パイロットスプール１６が操作され
ると、パイロットスプール１６の変位量に比例したパイ
ロット油圧がコントロールシリンダ３０に出力される。

【００５７】（５）コントロールシリンダ３０のコント
ロールピストン３４はパイロット油圧を受けて作動し、
コントロールスプール６１をコントロールスプール６１
の中立ばね６１ａのばね力と釣り合うところまで動か
す。

【００５８】（６）コントロールスプール６１の動き量
がストロークセンサ５０により検出され、動き量に比例
した出力電圧Ｖfbが、操作手段４０に出力される。

【００５９】（７）出力電圧Ｖfbが指令電圧Ｖref と異
なる時には、出力電圧Ｖfbが指令電圧Ｖref と同じにな
るようにコントロールピストン３４を変位させるよう
に、操作手段４０の出力電流Ｉが補正される。

【００６０】（８）かくして、操作手段４０の操作量に
比例した方向制御弁６０のコントロールスプール６１の
動きが得られるようにパイロット油圧が制御される。そ
して、コントロールスプール６１がフローフォースの影
響により操作手段４０の操作量に比例した動き量になら
ないことがストロークセンサ５０により検出された時に
は、コントロールスプール６１の動き量が指令した動き
量になるようにパイロット圧油が補正される。したがっ
て、コントロールスプール６１の位置決め精度が高めら
れ、操作性を向上させることができる。

【００６１】（９）また、コントロールシリンダ３０の
コントロールピストン３４の大きさ、すなわちパイロッ
ト油圧を受ける受圧面積を適宜に選択することにより、
パイロット油圧の大きさと受圧面積との積で規定される
任意の、コントロールスプール６１の操作力を設定する
ことができる。

【００６２】（１０）さらに、本発明の油圧弁操作装置
１においては、ストロークセンサ５０の故障あるいはス
トロークセンサ５０から操作手段４０への信号経路の断
線等により、ストロークセンサ５０からの出力電圧Ｖfb
が操作手段４０へフィードバックされない場合において
も、操作手段４０の操作量に応じたパイロット油圧が流
体圧制御弁２から出力されるから、油圧弁６２のコント
ロールスプール６１の操作ができなくなることはない。
したがって、本発明による油圧弁操作装置１は、建設機
械のような屋外の過酷な作業現場で稼働し故障による長
期の稼働停止が許されない機械に好適である。

【００６３】以上、本発明を実施の形態に基づいて詳細
に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定される
ものではなく、本発明の範囲内においてさまざまな変形
あるいは修正ができるものである。

【００６４】（１）本実施の形態においては、パイロッ
ト油圧を出力するパイロット弁１０と操作される方向制
御弁６０のコントロールスプール６１との間にコントロ
ールシリンダ３０が介在されているが、図７に示すよう
に、コントロールシリンダ３０を用いないで、パイロッ
ト弁１０からのパイロット油圧を方向制御弁６０のコン
トロールスプール６１の端部に直接導き、操作手段４０
の操作量に比例するパイロット油圧により、コントロー
ルスプール６１を直接操作することもできる。この場
合、ストロークセンサ５０は、方向制御弁６０に直接取
り付けて、コントロールスプール６１の端部の軸線方向
中心に筒孔６１ｂを設け、筒孔６１ｂにセンサ磁石５０
ｃを取り付け、センサロッド５０ｂを挿入し、コントロ
ールスプール６１の操作ストロークを直接検出するよう
にすればよい。

【００６５】（２）本実施の形態においては、油圧弁操
作装置１はコントロールスプール６１を有する油圧弁で
ある方向制御弁６２に適用されているが、油圧弁として
は、方向制御弁に限定されるものではなく、パイロット
圧油により操作されるコントロールスプールを有する、
圧力制御弁、流量制御弁、ロジック弁等の油圧弁にも適
用することができることは言うまでもない。

【００６６】

【発明の効果】本発明に従って構成された油圧弁操作装
置によれば、操作手段の操作量に応じた油圧弁のコント
ロールスプールの動き量が得られるようにパイロット圧
油を制御することができ、また油圧弁を流れる流体のフ
ローフォースの影響を解消することができる、油圧弁操
作装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って構成された油圧弁操作装置の構
成説明図。

【図２】油圧弁操作装置に用いられる流体圧制御弁のパ
イロットスプールの斜視図。

【図３】操作手段の操作量と出力される指令電圧との関
係を示す線図。

【図４】駆動コイルの駆動力とパイロットスプールの変
位量との関係を示す線図。

【図５】パイロット弁のパイロットスプールの操作位置
と、出力されるパイロット圧油及びコントロールシリン
ダの作動との関係を示す説明図で、（ａ）は、パイロッ
トスプールが操作されない中立位置の状態、（ｂ）は、
パイロットスプールをＸ１方向に操作した状態、（ｃ）
は、パイロットスプールを反対のＸ２方向に操作した状
態を示す。

【図６】本発明に従って構成された油圧弁操作装置を用
いた油圧装置の回路図。

【図７】油圧弁操作装置のコントロールシリンダを使用
しない場合の油圧回路図。

【図８】従来の形態の、パイロット圧油で操作されるコ
ントロールスプールを有する油圧弁を含むアクチュエー
タ駆動油圧回路図。

【図９】従来の、操作レバーの操作量とパイロット油圧
との関係を示す線図。

【図１０】従来の、操作レバーの操作量と操作される油
圧弁のコントロールスプールの変位との関係を示す線
図。

【符号の説明】

１：油圧弁操作装置 ２：流体圧制御弁 １０：パイロット弁 １２：パイロット弁ボデー １２ａ：流入ポート １２ｂ：第１供給ポート １２ｃ：第２供給ポート １２ｄ：第１ドレーンポート １２ｅ：第２ドレーンポート １４：スプール摺動孔 １６：パイロットスプール １６ａ：第１供給ノッチ（供給ノッチ） １６ｂ：第２供給ノッチ（供給ノッチ） １６ｃ：第１戻りノッチ（戻りノッチ） １６ｄ：第２戻りノッチ（戻りノッチ） １８：中立ばね ２０：駆動コイル ３０：コントロールシリンダ ３４：コントロールピストン ４０：操作手段 ４２：操作部 ４４：サーボアンプ ５０：ストロークセンサ ６０：方向制御弁（油圧弁） ６１：コントロールスプール ６１ａ：中立ばね ６４：油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 二橋 謙介 東京都千代田区丸の内二丁目５番１号 三 菱重工業株式会社内 (72)発明者 田村 学 東京都千代田区丸の内二丁目５番１号 三 菱重工業株式会社内 (72)発明者 山本 圭介 東京都千代田区丸の内二丁目５番１号 三 菱重工業株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 油圧弁のコントロールスプールを操作す
   るためのパイロット圧油を制御する流体圧制御弁を備え
   た油圧弁操作装置において、 該流体圧制御弁は、供給ノッチ及び戻りノッチが形成さ
   れたパイロットスプール並びに該パイロットスプールを
   中立位置に保持する中立ばねを備えたパイロット弁と、
   指令電流に比例した駆動力を発生して該パイロットスプ
   ールを該中立ばねのばね力に抗して摺動変位させる駆動
   コイルとを備え、 該供給ノッチをオーバラップに、また該戻りノッチをア
   ンダラップに形成することにより、該流体圧制御弁は、
   該パイロットスプールの変位量に比例した圧力のパイロ
   ット圧油を出力する、ことを特徴とする油圧弁操作装
   置。
2. 【請求項２】 該油圧弁操作装置は、該指令電流を出力
   する操作手段と、該コントロールスプールの変位量を検
   出するストロークセンサとを備え、該操作手段は、該ス
   トロークセンサからの出力信号に基づいて、該コントロ
   ールスプールの変位量が該操作手段の指令変位量になる
   ように該流体圧制御弁への該指令電流を補正する、請求
   項１記載の油圧弁操作装置。
3. 【請求項３】 該油圧弁操作装置は、該コントロールス
   プールに連結されて該流体圧制御弁からの該パイロット
   圧油により作動するコントロールピストンを有するコン
   トロールシリンダを備えている、請求項２記載の油圧弁
   操作装置。
4. 【請求項４】 該ストロークセンサは、該コントロール
   シリンダのコントロールピストンの変位量を検出する、
   請求項３記載の油圧弁操作装置。