流体を介してエネルギーを伝達する場合、その方向を決定する必要があり、連続的な完全な制御を維持しなければなりません。完全な制御がなければ、エネルギーは無意味なものとなり、最悪の場合、機械が損傷する可能性があります。油圧技術の主な利点の一つは、油圧制御バルブを用いて比較的容易にエネルギーを制御できることです。

油圧制御バルブ

油圧制御バルブとは、内部に流路を有するバルブ本体と、流体の流れを接続または遮断する内部可動部品から構成される機械部品です。ハウジング内の流路は油を輸送するために使用されます。内部可動部品の動作によって、システムの最大圧力、流量の方向および流量が制御されます。

システム圧力制御

油圧エネルギーは油圧シリンダに適用できます。その結果として作業が成功した場合、シリンダが完全に押し出された時点で作業は完了します。容積式ポンプは、原動機からさらにエネルギーを吸収し続けます。これにより、油の圧力が上昇します。（注：システム内の最小抵抗が、印加される油圧を決定します。）シリンダがさらに押し出されると、システムの物理的強度が最小抵抗となります。

ポンプはこの抵抗を克服するためにさらに圧力を加えます。人々は圧力制御バルブを用いて、システム圧力を安全な範囲内に保ちます。

圧力制御バルブ

圧力制御バルブの内部可動部品は、圧力に基づいて動作します。システム圧力がある所定値に達すると、内部可動部品がバルブ本体内のいずれかの通路を接続または遮断し、油の当該通路への流れを許可したり、あるいは阻止したりします。

圧力制御バルブの構造

圧力制御バルブは、一次および二次の流路を備えたバルブ本体と、内部の可動部品（スプール）で構成されます。流路への外部接続部は、一次ポートおよび二次ポートと呼ばれます。

圧力制御バルブの動作原理

圧力制御バルブの内部可動部品は通常、スプール式の装置です。スプールが一端の位置にあるとき、内部流路が接続され、流体が通過できます。他端の位置にあるときは、内部流路が遮断され、バルブを通る流体の流れが遮断されます。

圧力制御バルブでは、スプールはばねによって一端の位置に常時バイアスされています。この通常閉じた位置では、内部流路が遮断され、バルブ内の流路が閉じられます。このようなタイプは「常時閉（NC）圧力制御バルブ」と呼ばれます。

圧力制御バルブは、スプールの底部における圧力を検知します。この底部通路は一次ポートに接続されています。システム圧力がスプリング力よりも高くなると、スプールが移動して内部通路を接続し、バルブを通じた流体の流れを可能にします。

（スプールの移動を制御するために用いられる油圧は、パイロット圧力と呼ばれます。パイロット圧力を用いてバルブを制御する方法はパイロット制御と呼ばれ、あらゆる種類の油圧バルブを制御する最も一般的な方法です。）

このタイプの圧力制御バルブにおいて、一次ポートがシステム圧力側に接続され、ポンプにより印加される圧力が過大となった場合、ポンプからの流体はこのバルブを経由してオイルタンクへと分流されます。このような通常閉じ状態の圧力制御バルブは、リリーフバルブと呼ばれます。

図7-2：通常閉じ状態の圧力制御バルブ（リリーフバルブの動作）。スプリングがスプールを閉じた状態に保持し、システム圧力がスプリング設定圧力を上回ると、スプールがシフトしてタンクへの通路を開きます。

図7-3 圧力制御（リリーフバルブ）を備えた単純な油圧回路。シリンダーがストローク終端に達すると、リリーフバルブが開き、ポンプ流量をタンクへ戻すことで、システムの最大圧力を制限する。

作動機の方向制御

油圧シリンダーが完全に押し出された後は、再び作業を行えるよう引き込みを行う必要がある。このため、二方向に動作する必要があるシリンダーには、通常、2つのポートを備えた油圧シリンダー（両動式シリンダー）が用いられる。その際、油の流れの方向も同時に反転させる必要がある。

二動式油圧シリンダー

両動式油圧シリンダーは、シリンダーバレルの両端にそれぞれ1つのポートを有し、油の流入および流出を可能として、ピストンを両方向に駆動できる（両動式）。両動式シリンダーの2つのポートを区別するため、一方を「A」ポート、他方を「B」ポートと呼ぶ。

方向制御バルブ

方向制御弁の内部可動部品は、弁本体の内部流路を接続または遮断する機能を持ち、これにより油の流れの方向を制御する。

方向制御弁の構造

典型的な方向制御弁は、弁本体に4つの内部通路を持ち、これらの通路を接続または遮断するスライド式スプールを備えています。

方向制御弁の動作原理

スプールが一端の位置にあるとき、圧力通路が作動通路Aに接続され、戻り通路が作動通路Bに接続されます。スプールが反対側の端位置に切り替わると、圧力通路が作動通路Bに接続され、戻り通路が作動通路Aに接続されます。スプールの方向を切り替えることで、油圧シリンダへの油の流れの方向が反転します。

シリンダロッドが所定の通り完全に伸長および収縮すると、作業が完了します。スプールが別の端位置に切り替わると、油がシリンダの他方の側に流入し、シリンダロッドが収縮します。

図7-4：二作用シリンダ回路における方向制御弁。スプールの移動により油流の方向が逆転し、これによってシリンダの動作方向も逆転します。

アクチュエータの速度制御

多くのアプリケーションにおいて、アクチュエータの作動速度を制御する必要があり、場合によっては非常に高精度な制御が求められます。前述の通り、アクチュエータ（シリンダ、油圧モータ）の速度は、油の注入速度に直接関係しており、すなわちアクチュエータの速度は入力流量によって決定されます。

ポンプの吐出量が固定である場合、必要なアクチュエータ速度に基づいてポンプ流量を選定することが可能です。ただし、これは単一のアクチュエータのみを備えたシステムにおいてのみ実現可能です。

通常、油圧システムでは複数のアクチュエータが使用されます。システムが各油圧シリンダの独立した作動を要求する場合、ポンプ流量は、最も高速で動作する必要がある最大径の油圧シリンダに基づいて選定すべきです。この場合、より小型のアクチュエータは過剰な速度で動作することとなり、望ましくない場合があります。このようなアクチュエータやその他の任意のアクチュエータへの流入流量を低減するためには、流量制御弁を用いる必要があります。

流量制御バルブ

流量制御弁を使用する場合、常にポンプからアクチュエータへ供給される流量を低減することが可能です。

流量制御バルブの構造

典型的な流量制御バルブは、バルブ本体と可動部から構成されます。本例では、可動部は先端がテーパー状の調整用ニードルです。ただし、このニードルは実際の運転中に動くわけではなく（あらかじめ所定の位置に設定されています）、したがって流量制御バルブの可動部を「可動式」と呼ぶよりも、「調整可能式」と呼ぶ方がより適切です。

流量制御バルブの動作原理

油圧システムにおいて、流量制御バルブは常に圧力制御（安全弁）バルブと併用されます。流量制御バルブは一種の抵抗であり、油圧ポンプに高い圧力を発生させます。この圧力により、ポンプからの一部の流量が安全弁を開き、その結果として流量制御バルブを通過する流量が減少し、アクチュエータへ到達する流量が制御されます。

図7-5 流量制御回路。ニードルバルブがシリンダへの流量を絞り込みます。余剰のポンプ流量は安全弁を通過してタンクへ戻ります。ニードルバルブの開口面積がシリンダの速度を決定します。

シンプルな油圧システム

上記で紹介したすべての構成部品を組み合わせることで、シンプルな油圧システムを構築できます。このシステムにおける油圧エネルギーは制御可能であるため、有用な作業を実行できます。

油圧システムは、航空宇宙、航空機、軍事装備から産業用機械、歩行式機械、鋼鉄製造設備に至るまで、多くの分野で広く使用されています。これらの応用分野における油圧システムの動作原理は、上記で説明したものと同一です。さまざまな「タイプ」の油圧システムの唯一の違いは、使用される構成部品にあります。

以降の章では、産業用油圧システムで使用される各種構成部品について詳細に解説します。また、これらの構成部品の使い方を説明するため、いくつかの基本的な油圧回路も設計します。

油圧図記号

これまでの油圧部品および基本的な油圧システムに関する議論では、すべてが図解によって説明されてきました——断面図を用いて、部品の内部動作を視覚的に示す方法です。この手法は問題の説明には有効ですが、日常業務の観点からは実用的ではありません。

他の技術分野と同様に、油圧工学でも、部品およびシステムを表すためにグラフィック記号（図記号）が使用されます。これまでに議論したさまざまな油圧部品および単純な油圧システムは、すべてANSI Y32.10規格またはISO 1219規格に準拠した油圧・空気圧用グラフィック記号で表現できます。

これまでに議論した部品に加えて、油圧システムを構成する部品には、電動機や油圧フィルターなども含まれます。油圧システムは通常、電動機によって駆動されます。また、適切な清浄度を維持するために、油圧システムでは油圧フィルターを用いて油の汚染から保護する必要があります。

図7-7 標準油圧グラフィック記号（ANSI Y32.10／ISO 1219）。これらの記号は、断面図の代わりに、すべての油圧回路の回路図に使用される。

図7-8 標準グラフィック記号を用いて示された完全な単純油圧回路。これは、実際のエンジニアリング作業において油圧回路が描かれる方法である。