JPH01242803A - 直動形サーボ弁 - 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、フォースモータによって駆動される直動形サ
ーボ弁に関する。

〔従来の技術〕

この種の直動形サーボ弁は、ボ・イスコイルを有するフ
ォースモータによって油圧部のスプールを直接駆動する
ものである。ここで、フォースモータのボイスコイルに
流れる駆動電流ｉからスプールの変位Ｘ、までの伝達特
性を表すブロック線図は、第２図に示されており、その
伝達関数Ｇ、（Ｓ）は、次式で表される。

ここで、ｂはＲｔｉｉｌｉ的ダンピング係数（ｋｉｒ　
ｆ／ｃ＋ｎ　／ｓ　）、ｋ＋はバネ定数（ｋｇｆ／■）
、ｋ、は電流−駆動力変換回数（ｌＬｒｆ／Ａ）、及び
ｍはスプールとボイスコイルとを合せた質ｍ　（ｋｇｆ
ｓ２／■）である。

一般に、スプールとこのスプールを囲むスリーブで形成
される油圧部内の作動油の粘性力Ｆｖはほとんど零であ
る（Ｆｖ≧０）ことから、ｂ≧０ となる。従って、上記伝達関数Ｇ、（Ｓ）は、持つこと
になる。従って、スプールの変位Ｘ、を安定に制御する
ことができない。

一般に、シスチムニ学士の常識として、その制御系の伝
達間数Ｇ（Ｓ）が、 の形式を持ち、かつｋが適当な値であるなら、振動を減
衰させたり、なくすことが可能となるが、ｋが零、即ち
、 Ｇ（Ｓ）＝− ｍＳ＋Ｃ の形式を持つなら、振動がいつまでも持続する。

同様に、制御系の伝達関数Ｇ　（Ｓ）が、の形式を持ち
、かつｋ及びｐが適当な値であるなら、振動を減衰させ
たり、なくすことが可能となるが、ｋ及びｐが零、即ち
、 ａ（Ｓ）　＝　− ｍＳ’＋Ｃ の形式を持つなら、振動がいつまでも持続する。

このように、一般に、直動形サーボ弁は、ダンピング特
性が悪いので、機械的あるいは電気的に何らかの補償を
行い、安定に制御する必要かある。

従来、行われているダンピング方式としては、大きく別
けて、（１）機械的な方式と（２）電気的な方式がある
。

（１）機械的な方式 （Ｉ）ゴムのような内部減衰特性のある均質な弾性体に
より減衰を得る方法（例えば、特公昭５８−１４９５４
号公報） （ｎ）電磁減衰器による方法（例えば、実開昭５７−７
０９７９号公報） （ＩＩＩ＞作動油とは別の粘度変化の小さな油を用いる
方法（例えば、特開昭６２−１９４０１０号公報） （２）電気的な方式 （Ｉ）スプールに取付けた速度センサをフィードバック
することよって補償する方法（例えば、特開昭５９−１
１３３０３号公報）（Ｉｌｌ）スプールの動特性を電子
回路等により模擬したモデル中からスプール速度に相当
する信号を取出し補償する方法（例えば、実開昭Ｇｏ−
２４９０２号公報） ［発明か解決しようとする課題］ しかしながら、上記方式には、それぞれ、以下に述べる
ような欠点がある。

（１）−（Ｉ）　　弾性体の耐久性に問題がある。

−（■）　構造が複雑になり、スプール重量が重くなる
。

−（■）　作動油とは別の粘度変化の小ささな油が必要
である。

＜２）−（Ｉ）　　スプール端に速度センサを取付ける
ため、梢遣が複雑になる。又 コストが高くなる。

−＜ｎ＞　　スプール端に位置センサを取付けるため、
構造が複雑になる。又 調整が困難でコストが高くなる。

本発明の目的は、作動油そのものを利用して、安定に制
御することができる直動形サーボ弁を提供することにあ
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明による直動形サーボ弁は、第１及び第２のバネ室
の間に挾まれ、作動油を含み、かつ少なくとも作動油を
供給するための供給口と作動油を排出するための排出口
とを有する油圧部のスプールを、フォースモータによっ
て直接駆動する直動形サーボ弁において、前記供給口よ
り前記油圧部へ供給される作動油の一部を前記第１及び
第２のバネ室に導くための第１の連通油路と、該第１の
連通油路に設けられた第１のダンピング用オリフィスと
、前記第１のバネ室内の作動油を前記排出口へ導くため
の第２の連通油路と、該第２の連通油路に設けられた第
２のダンピング用オリフィスとを有する。

［作　用］ 供給口より油圧部へ供給される作動油の一部を第１の連
通油路、第１のダンピング用オリフィス、第２の連通油
路、及び第２のダンピング用オリフィスを通過させ、作
動油自身の圧縮性を利用して、フォースモータによって
駆動されるスプールを安定に制御する。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図を参照すると、本発明の一実施例による直動形サ
ーボ弁は、中央貫通口のあるケーシング１０を有し、こ
の中央貫通口にはスリーブ１１か嵌合されている。スリ
ーブ１１に囲まれた油圧部内にスプール１２を有し、ス
プール１２の両端側に、バネ１３を収容したバネ室１４
．１５が設けられている。油圧部には、供給口１６より
作動油が供給され、油圧部内の作動油は、排出口１７よ
り排出させる。油圧部には、さらに、負荷（図示せず）
への作動油の給排出口１８が連結されている。

スプール１２は、以下に述べるフォースモータによって
直接駆動される。

フォースモータは、ケーシング１０の軸方向一端にマグ
ネット取付はプレート２０を介して取付けられたマグネ
ットカバー２１の内部に収容されている。

ケーシング１０とマグネット取付はプレート２０とは、
ボルト２２によって固定され、マグネット取付はプレー
ト２０とマグネットカバー２１とはボルト２３によって
固定されている。

マグネットカバー２１内に収容されたフォースモータは
、断面］゛字型第１のヨーク３１と、第２のヨーク３２
と、これらの間に挟まれた永久磁石（マグネット）３３
と、第１のヨーク３１と第２のヨーク３２との間に形成
されたギャップ間に挿入されたボイスコイル３４とを有
し、ボイスコイル３４は、ネジ３５によって、スプール
１２の一端に固定されている。

即ち、ボイスコイル３４の軸方向の移動により、スプー
ル１２が直接駆動される。

マグネット取付はプレート２０には、ボイスコイル３４
へ電流を供給するためのコネクタ３６が取付けられてい
る。

スプール１２がボイスコイル３４によって、スリーブ１
１に対して軸方向に移動することにより、供給口１６か
ら供給された駆動油が油圧部、給排出口１８を介して負
荷に供給されたり、あるいは、給排出口１８の駆動油が
油圧部を介して排出口１７より排出されなりする。

ゲージング１０の軸方向他端には、カバー４０がボルト
４１によって、取付けられており、ゲージング１０の外
周には、グレート４２が取付けられており、駆動油はこ
のプレート４２を介して給排出される。

また、スリーブ１２の他端には、スリーブ１２の零点を
調整するための零点調整ネジ４３か取付けられている。

本実施例では、供給口１６より油圧部へ供給される作動
油の一部は、第１の連通油路５１を介してバネ室１４．
１５に導かれる。この第１の連通油路５１には、第１の
ダンピング用オリフィス５６が設けられている。また、
バネ室１４内の作動油は、第２の連通油路５２を介して
排出口１７へ導かれ、この第２の連通油路５２には第２
のダンピング用オリフィス５７が設けられている。

第３図は第１図を簡単化して示したモデル図である。以
下、第３図を参照して、本実施例の原理、及び動作につ
いて説明する。

本実施例のように、オリフィス５６及び５７を設けた場
合のスプールの運動方程式は、以下のように表される。

ｍ’ｘ　ｐ　＋　ｋ　１　ｘ　ｐ　＝ｋ　ｙ　ｔ　　Ａ
　Ｐ　＋　Ｐ　ｄ　＋　Ａ　ｐ　２　Ｐ　３ｑ２＝Ｋｏ
Ｆ 但し、Ｐ６はダンピング用圧力（ｋｇｆ／■２）、Ｋｏ
はオリフィス定数（ａｍ’　／　ｋｌｆ”ｓ　）　、Ｖ
ａは、ダンピング室作動油体積（ａｎ’）、Ｋは作動油
体積弾性係数（ｋｇｆ／ａｍ２）　、ｐｇは供給圧力（
ｋｇｆ／ａ１１２）、ＰＴはタンク圧力（ｋｇｆ／ａｍ
２）　、Ａｐｔはダンピング圧力有効受圧面積（ａｍ２
）　、　Ａ、２はダンピング圧力平衡用有効受圧面積（
ａｍ２）、ｋ。

はバネ定数（ｋｇｆ／（２））、ｋ２は電流−駆動力変
換回数（ｋｉ　ｆ／Ａ　）　、及びｍはスプールとボイ
スコイルとを合せた質、！ｉ　（ｋｇｆｓ２／（７））
である。

平衡時、 Ａ　ｐ＋　Ｐ　ｄ＝　Ａ　ｐ２Ｐ　５ ＡＰ２　　Ｐｄ 上式を線形化すると、第４図に示されるような、ブロッ
ク図か得られる。従って、駆動電流ｉからスプール変位
Ｘ、までの伝達関数Ｇ、（Ｓ）は、と表される。ここで
、Ｃ−互／２Ｐ、、互−４１＝百２は平衡時のオリフィ
ス通過流量（ｃＩ＋３／ｓ）、ｐｄは平衡時のダンピン
グ用圧力（ｋｇｆ／ａｎ’　）、Ｐ、　オリフィス径を
同じとした場合）、Δは平衡点からの微小変化量を示す
。

従って、ダンピング用オリフィス５６．５７を使用した
場合、オリフィス径を最適に設計することによって、ス
プール変位Ｘ、を安定かつ高速に制御することが可能と
なる。

［発明の効果］ 以上の説明で明らかなように、弁の制御に使用する作動
油そのものの圧縮性を利用して、スプールを安定に制御
することができる。また、センサを使用していないので
、構造が簡単でコスト的に安くなる。オリフィス径の設
計によって、最適な応答性、安定性が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による直動形サーボ弁の構成
を示すブロック図、第２図は従来の直動形サーボ弁のブ
ロック線図、第３図は第１図の直動形サーボ弁を簡単化
して示すモデル図、第４図は第１図に直動形サーボ弁の
ブロック線図である。 １０・・・ゲージング、１１・・・スリーブ、１２・・
・スプール、１３・・・バネ、１４．１５・・・バネ室
、１６・・・供給口、１７・・・排出［１，１８・・・
給排出口、２０・・・マグネント取付はプレート、２１
・・・マグネットカバー、２２．２３・・・ボルト、３
１．３２・・・ヨーク、３３・・・マグネット（永久磁
石）、３４・・・ボイスコイル、３５・・・ネジ、３６
・・・コネクタ、４０・・・カバー、４１・・・ボルト
、４２・・・プレート、５１．５２・・・連通油路、５
６．５７・・・ダンピング用オリフィス。 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　第１及び第２のバネ室の間に挟まれ、作動油を含
   み、かつ少なくとも作動油を供給するための供給口と作
   動油を排出するための排出口とを有する油圧部のスプー
   ルを、フォースモータによって直接駆動する直動形サー
   ボ弁において、前記供給口より前記油圧部へ供給される
   作動油の一部を前記第１及び第２のバネ室に導くための
   第１の連通油路と、該第１の連通油路に設けられた第１
   のダンピング用オリフィスと、前記第１のバネ室内の作
   動油を前記排出口へ導くための第２の連通油路と、該第
   ２の連通油路に設けられた第２のダンピング用オリフィ
   スとを有することを特徴とする直動形サーボ弁。