JPH01145403A - 水圧サーボ弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、作動流体として水を用いるのに適した水圧サ
ーボ弁に関する。

［従来技術］ 電気−油圧サーボ弁（以下油圧サーボ弁という）は、微
弱な電気入力信号を油圧に変換し、作動流体の方向を切
換え且つその流量を変えるもので、工作機械の数値制御
、遠隔操作等に広く用いられている。そのような油圧サ
ーボ弁の従来技術の一例を第２図および第３図について
説明する。

第２図および第３図において、圧ｉはポンプポートＰか
ら供給される。電気入力信号によりトルクモータ３９の
例えばコイル４０Ｒが励磁され可動軸４１が右方に移動
してフラッパ３２Ｒが左方へ変位すると、ノズル背圧室
３３Ｒの背圧が上昇してパイロット室３４Ｒが昇圧する
。その結果、スプール３５は左方へ変位し、圧油はポン
プポートＰからシリンダボートＣ１を介して図示しない
油圧シリンダに導かれ、油圧シリンダからの戻り油はシ
リンダボートＣ２から通路３６と図示しない通路を介し
てタンクボートＲから図示しないりンクへと戻る。一方
、ノズル３７Ｒとフラッパ３２Ｒとの間から流出した油
は通路３８を介してタンクボートＲからタンクに戻るよ
うになっている。

ここで、作動流体の油は非常に燃え易いので取扱いに注
意が必要である。また、排油による環境汚染の問題があ
る。

ところで、液圧駆動やその制御はかつては水圧機構であ
り、作動流体として水を用いていた。しかし、作動流体
が水である場合には、作動流体の粘性が小さいので摺動
部の隙間Ｓ（第３図）からの洩れが多くて効率が悪く、
また摺動部における摩耗が多く、更に金属材料（特に鉄
）製の機械であれば放置しておくとさびてしまう等の問
題があった。

近時、プラスチック等新素材の進歩は目ざましく、水を
作動流体とした場合の問題点の１つである上記のさびの
問題は、機械中の少なくとも作動流体と接触する部分を
新素材で形成することによって解決可能であるが、しか
し、作動流体の粘性が小さいことによる摩耗の問題が依
然として存在し、また洩れを抑えるために摺動部を高精
度に加工することは新素材では困難である。また、ノズ
ル３７Ｌ、３７Ｒとフラッパ３２Ｌ、３２Ｒとの間の間
隙が小さいので、スプール３５のストロークを大きくと
ることができず、従って流量を大きくすることができな
い、また隙間Ｓ１からの洩れが依然として存在し、フラ
ッパａｍの応答性に問題がある。更に、従来のサーボ弁
は左右のフラッパ機構の特性が同一なので、シリンダな
どを２速制御したり、片側ロッドのシリンダの運動を精
度よく制御したりすることに不都合があった。

［発明の目的］ 本発明は上記した従来技術の問題点に鑑みて提案された
もので、作動流体に水を用いることができ、且つ摩耗、
さび、洩れ等の問題を解決するとともに、流量を大きく
し、かつフラッパａ構の応答性を改善し、両フラッパ機
構の特性を変えることができる水圧サーボ弁を提供する
ことを目的としている。

［発明の構成］ 本発明の水圧サーボ弁によれば、弁本体内を変位して作
動流体の方向を切換え且つ流量を変化せしめるスプール
と、該スプールを変位させるパイロット圧が印加される
ノズル背圧室と、ノズルおよびフラッパからなるフラッ
パ機構とを備えたサーボ弁において、一対のフラッパの
外側の弁本体の同一軸線上に一対のスプール、ノズルお
よびノズル背圧室を設け、それら一対のスプールのそれ
ぞれの両端に静圧軸受を形成し、ポンプポートから該静
圧軸受を介し前記ノズル背圧室に至る作動流体の通路を
形成し、前記一対のスプールのそれぞれに変位計を設け
、それらの変位計からの検出信号に基づき一方のスプー
ルの変位に応じて他方のスプールの変位を制御する制御
手段を設けている。

［発明の作用効果コ 本発明の水圧サーボ弁によれば、スプールの両端に形成
した静圧軸受により、スプールと弁本体とを非接触状態
に保ち両者の摩耗をなくすことができると共に、スプー
ルと弁本体との摺動部における加工精度を低くすること
ができる。これにより、精密加工が困難な新素材（例え
ばプラスチック等）を材料として弁体を製造することが
でき、その結果、作動流体が水であってもさびの発生を
防止することができる。さらに作動流体として水を用い
れば、作動流体が不燃性であり、その取扱いも容易とな
る。そして作動流体を廃棄しても環境汚染の原因となる
ことはない。また、作動流体の一部を静圧軸受にも積極
的に利用することによって、洩れの問題も解決すること
ができる。更にスプールとフラッパ機構を分離、即ちフ
ラッパ機構のノズルをスプールとは別体に形成し、スプ
ールの変位の範囲を拡大して、流量を大きくし、且つス
プールの弁本体貫通部からの洩れをなくしているので、
その分、フラッパ機構の応答性を改善することができる
。これに加えて本発明の水圧サーボ弁によれば、制御手
段により一方のスプールの変位に応じた他方のスプール
の変位を制御し、両スプール機構の特性を変えることが
できる。従来の弁で片側ロッドシリンダを制御すると、
シリンダの面積が異なり左右運動の特性に当然のことな
がら差が現れ、時定数等が異ってしまう、一方、両側ロ
ッドシリンダの製作は片側ロッドシリンダに比べ一般的
に精度の点でむずかしいという問題があった。本発明に
よれば、片側ロッドシリンダにおいても、本サーボ弁を
用いれば、両方向の運動に対し、同じ特性或いは精度で
制御が可能となる。

［実施例］ 以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図において、プラスチック材等の不錆材からなる弁
本体１の同一水平軸線上には、スリーブ２Ｌ、２Ｒとノ
ズル背圧室３Ｌ、３Ｒとノズル４Ｌ、４Ｒとが対向して
形成されており、そしてこのスリーブ２Ｌ、２Ｒにはプ
ラスチック材等の不錆材からなるスプール１５！−１１
５Ｒが収められている。ノズル４Ｌ、４Ｒは弁本体１に
形成された中央室５内に突出しており、そのノズル４Ｌ
、４Ｒの間には隙間Ａが形成され、その隙間Ａには弁本
体１に固設された図示しないトルクモータのフラッパ２
８Ｌ、２８Ｒがそれぞれノズル４Ｌ、４Ｒとわずかの隙
間Ｂを隔てて挿通されている。

スリーブ２Ｌ、２Ｒにはスリーブボート６Ｌ、６Ｒおよ
びスリーブボー）７Ｌ、７Ｒが形成されており、スリー
ブボート６Ｌ、６Ｒは通路８を介してポンプポートＰに
接続され、スリーブボート７Ｌ、７Ｒはタンクボー）Ｒ
１、Ｒ２に接続されている。

スリーブ２Ｌ、２Ｒのノズル４Ｌ、４Ｒと反対側の端部
において、弁本体１のケーシングとスプール１５Ｌ、１
５Ｒとの間には、ばね２９Ｌ、２９Ｒを介装したばね室
１０Ｌ、ＩＯＲが形成されている。これらのばね室１０
Ｌ、ＩＯＲは、それぞれオリフィス３０Ｌ、３０Ｒを介
装した通路１１Ｌ、ＩＩＲにより、タンクボートＲ１、
Ｒ２および中央室５に接続されている。

スプール１５Ｌ、１５Ｒとスリーブ２Ｌ、２Ｒとの間に
は隙間Ｃが形成され、スプール１５Ｌ、１５Ｒの中程に
はスリーブボート６Ｌ、７Ｌどの間の間隔およびスリー
ブボート６Ｒ１７Ｒとの間の間隔よりも長手方向寸法が
若干短い巾の小径部１６Ｌ、１６Ｒが形成されている。

そしてされら小径部１６Ｌ、１６Ｒとスリーブ２Ｌ、２
Ｒとの間に形成される室１２Ｌ、１２Ｒは、それぞれ図
示しない液（水）圧シリンダへのシリンダボートＣ１、
Ｃ２に接続されている。また、スプール１５Ｌ、１５Ｈ
の両端部には公知の静圧軸受１８Ｌ、１８Ｒと静圧軸受
１９Ｌ、１９Ｒとが形成されている。なお、第１図にお
いてはスプール１５Ｒの静圧軸受１８Ｒ１２１Ｒのみが
示されている。スプール１５Ｒ側を例に説明すると、静
圧軸受１８Ｒはポケット１９、オリフィス２０を備え、
静圧軸受２１Ｒはポケット２２、オリフィス２３を備え
ており、そしてそれぞれ室２４．２５および通路２６を
介してスリーブボート６Ｒに接続されている。即ち、ポ
ンプポートＰは通路８、スリーブボート６Ｒ１通路２６
、室２４、静圧軸受１８Ｒ１隙間Ｃおよびパイロット室
９Ｒを介してノズル背圧室３Ｒに連通され、また、通路
２６、室２５、静圧軸受２１Ｒおよび隙間Ｃを介してば
ね室１０Ｒに連通されている。

また、スプール１５Ｌ、１５Ｒの外端部には変位棒１５
Ｌａ、１５Ｒａが設けられており、それら変位棒１５Ｌ
ａ、１５Ｒａは弁本体１に設けられた変位計１３Ｌ、１
３Ｒのコイル１３Ｌａ、１３Ｒａに挿通されている。そ
して、変位計１３Ｌ、１３Ｒとトルクモータは図示しな
いマイクロコンピュータに接続されている。これにより
、例えば片側ロッドシリンダにおいても、両方向の運動
に対して同じ特性あるいは精度で制御することが可能と
なる。

次に作用について説明する。

右側のスプール１５Ｒを例に説明すると、圧液はポンプ
ポートＰから通路８、スリーブボート６Ｒを通り通路２
６で左右に分岐される。左方向へ流れた圧液は室２４を
介してオリフィス２０、ポケット１９、隙間Ｃ、パイロ
ット室９Ｒ、ノズル背圧室３Ｒ、ノズル４Ｒを通り、ノ
ズル４Ｒとフラッパ２８との間から中央室５、通路１１
Ｒを通ってタンクボートＲ２に流れ、図示しないタンク
に戻る。室２５からの液はオリフィス２３、ポケット２
２、隙間Ｃを通り、ばね室１０Ｒからオリフィス３０Ｒ
１通路１１Ｒを通りタンクポートＲ２へ流れ、タンクに
戻る。ここで、オリフィス３０Ｒを経て直接タンクに戻
る圧液の液量は損失となるが、通路２６における圧液の
左右の分配の比率を静圧軸受１８Ｒ１２１Ｒのオリフィ
ス２０．２３の絞り効果、ポケット１９．２２の面積、
隙間Ｃの大きさにより調整することができる。

このように、静圧軸受１８Ｒ１２１Ｒによりスプール１
５Ｒをスリーブ２Ｒに対し非接触に支持して両者の摩耗
をなくし、摩耗に基づく各種弊害の発生を防止すること
ができる。更にプラスチック材でできたスプール１５Ｒ
、スリーブ２Ｒの加工精度を高くする必要がなくなり、
しかもプラスチック材でサーボ弁を製造しているので水
さびを防止することができる。

作動に際し、トルクモータへの電気入力信号により例え
ばフラッパ２８Ｒが左方に移動すると、ノズル背圧室３
Ｒの圧力が低下する。その結果、パイロット室９Ｒが降
圧してスプール１５Ｒはばね２９Ｒによって左方に移動
する。そしてスプール１５Ｒの左方への変位は変位棒１
５Ｒａを介し変位計１３Ｒにより検出され、マイクロコ
ンピュータに入力される。スプール１５Ｒが左方へ変位
すると、ポンプポートＰからの圧液は通路８、スリーブ
ボー）６Ｒ１室１２Ｒ、シリンダポートＣ２を介して液
圧シリンダに導かれる。一方、スプール１５Ｌの現在位
置は変位計１３Ｌで検出され、マイクロコンピュータに
入力される。マイクロコンピュータは変位計１３Ｌの検
出値を変位計１３Ｒの検出値と比較し、例えば、変位計
１３Ｌと１３Ｒとの検出値の差が零となるように信号を
トルクモータに出力し、トルクモータはその信号に基づ
いてフラッパ２８Ｌを左方に移動する。これによりノズ
ル背圧室３Ｌおよびパイロット室９Ｌの圧力が上昇し、
スプール１５Ｌはばね２９Ｌに抗して左方に変位する。

スプール１５Ｌが左方へ変位すると、液圧シリンダから
の戻り液はシリンダボートＣ１、室１２Ｌ、スリーブポ
ート７Ｌ、タンクボー）Ｒ１を介してタンクに戻される
。フラッパ２８Ｌが右方に移動した場合は、水圧サーボ
弁は前述の態様とは逆に作動し、スプール１５Ｌはばね
２９Ｌによって右方へ移動する。

このように、マイクロコンピュータに変位計１３Ｌと１
３Ｒとの検出値を入力し、その検出値の差に基づいてコ
ンピュータが信号を出力して両フラッパｌ１１ｒＲの特
性を変えることができる。

−［まとめ］ 以上説明したように本発明の水圧サーボ弁によれば、も
れ流量や作動流体の一部を積極的に利用して静圧軸受を
形成し、スプールを非接触に支持してスリーブとスプー
ルの摩耗を防止し、また、加工精度を低くすることがで
きる。そのためスプールとスリーブをプラスチック材等
の不錆材を用いて製造することができ、作動流体に水を
用いても水さびを防止することができる。又、スプール
とフラッパａｍを分離し、スプールの変位範囲を拡げて
流量を大きくし、かつスプールと弁本体の貫通隙間をな
くして洩れをなくし、その分、フラッパ機構の応答性を
向上することができる。更にマイクロコンピュータによ
って両フラッパ機構の特性を変え、シリンダなどを２速
制御し、片側ロッドのシリンダの運動を精度よく制御す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一未施例を示す側断面図、第２図は従
来の油圧サーボ弁を示す側断面図、第３図は第２図の要
部の拡大図である。 １・・・弁本体　　２Ｌ、２Ｒ・・・スリーブ３Ｌ、３
Ｒ・・・ノズル背圧室　　４Ｌ、４Ｒ・・・ノズル　　
８．２６・・・通路　　９Ｌ、９Ｒ・・・パイロット室
　　１３Ｌ、１３Ｒ・・・変位計　　１５Ｌ、１５Ｒ・
・・スプール１８Ｌ、１８Ｒ１２１Ｌ、２１Ｒ・・・静
圧軸受２８Ｌ、２８Ｒ・・・フラッパ 特許出願人　　浦　　１）　暎　　三

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　弁本体内を変位して作動流体の方向を切換え且つ流量
   を変化せしめるスプールと、該スプールを変位させるパ
   イロット圧が印加されるノズル背圧室と、ノズルおよび
   フラッパからなるフラッパ機構とを備えたサーボ弁にお
   いて、一対のフラッパの外側の弁本体の同一軸線上に一
   対のスプール、ノズルおよびノズル背圧室を設け、それ
   ら一対のスプールのそれぞれの両端に静圧軸受を形成し
   、ポンプポートから該静圧軸受を介し前記ノズル背圧室
   に至る作動流体の通路を形成し、前記一対のスプールの
   それぞれに変位計を設け、それらの変位計からの検出信
   号に基づき一方のスプールの変位に応じて他方のスプー
   ルの変位を制御する制御手段を設けたことを特徴とする
   水圧サーボ弁。