JPH0337070B2

JPH0337070B2 -

Info

Publication number: JPH0337070B2
Application number: JP12645685A
Authority: JP
Inventors: Akio Mito; Saburo Yajima; Kyoshi Hayashi
Original assignee: Tokyo Keiki Co Ltd
Current assignee: Tokyo Keiki Inc
Priority date: 1985-06-11
Filing date: 1985-06-11
Publication date: 1991-06-04
Also published as: JPS61286680A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、スプール又はピストンを入力部材
に追従して高速で移動させる位置制御装置に関す
る。

〔従来の技術〕

従来、この種の位置制御装置としては、例えば
第１１図に示すようなものがあつた。

これを簡単に説明すると、弁ボデイ１にはスプ
ール２が収納されてスプリング３によつて閉弁方
向に付勢されており、スプール２内にはオリフイ
ス４を有する通路が入力ポート５とスプール背圧
室６との間を連通するように設けられ、さらに、
背圧室６と出口ポート７との間を連通する円錐状
開口部８を持つ通路９が設けられている。

このスプール２は、入力ロツド１０の先端部と
の間にオリフイス１１を形成して入力ロツド１０
に追従する。すなわち、入力ロツド１０を図で右
方に押込むと、オリフイス１１を閉鎖して背圧室
６の圧力を高め、スプール２は図示のように右端
縁がシート部１２に密着して入口ポート５と出口
ポート７の間の流路を閉鎖する。

入力ロツド１０を左方に移動させると、スプー
ル２がそれに追従して左方へ移動し、シート部１
２から離れて流路を開く。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような従来のスプール又は
ピストンの位置制御装置にあつては、入力ロツド
１０が単なる棒状をなして背圧室６から外部に突
出していたため、出口ポート７の圧力が入力ロツ
ド１０の断面積に作用していた。

したがつて、スプール２又はピストンを極めて
高速度で追従させるためには、入力ロツド１０の
径ならびに開口部８及び通路９を大幅に拡大する
必要があるが、出口ポート７が外部の負荷装置に
接続されている場合には、入力ロツド１０には大
きな突き出し力が作用してしまう。そのため、大
形の入力制御装置を必要とするという問題点があ
つた。

この発明は、このような従来装置の問題点を解
決することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そのため、この発明による高速位置制御装置
は、入力ロツドを中空状のロツドにして弁ボデイ
の摺動孔に摺動自在に嵌挿し、その先端部をスプ
ール又はピストンの一端面をさらした背圧室に突
き出して該スプール又はピストンの端面又はその
端面に設けた穴との間にオリフイスを形成すると
共に、その後端部には弁ボデイの外部に突き出す
小径の操作ロツドを固設する。

そして、弁ボデイ内の入力ロツドの操作ロツド
側に油室を形成し、その油室を上記入力ロツドの
中空部による通路を通して上記形成オリフイスに
連通させ、さらにパイロツト油排出ポートへも連
通させるようにしたものである。

〔作用〕

入力ロツドを操作ロツドの操作によりスプール
の端面から離れる方向へ変位させると、背圧室の
パイロツト油が上記形成オリフイス及び入力ロツ
ドの内部通路を通つて瞬時に多量に排出されるの
で、スプール又はピストンを入力ロツドの変位に
高速で追従させることができる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

第１図は、この発明の第１実施例を示す断面図
である。

この実施例において、弁ボデイ２０内に摺動自
在に収納されるスプール２１は略等面積形のスプ
ールで、入口ポート２２と出口ポート２３との間
の流路の開口を、スプール２１の先端縁が弁ボデ
イ２０の弁シートをなす円錐面２０ａとの間に形
成する間隙により制御する。

このスプール２１は、背圧室２４内に設けたス
プリング２５によつて上記流路の開口を閉じる方
向に付勢されている。

そして、このスプール２１の一方の端面（図で
右側の端面）２１ａには入力ポート２２の圧力を
作用させ、他方の端面２１ｂがさらされている背
圧室２４に、入口ポート２２からオリフイス２６
を介してパイロツト油を流入させる通路２７を弁
ボデイ２０に形成している。

さらに、このスプール２１には、背圧室２４側
に大径部２１ｃ（径D₃）を設け、これと主径部
（径D₁）との間に小径部２１ｄを設けて、弁ボデ
イ２０との間に油室２８を形成している。そし
て、大径部２１ｃの端面２１ｂから中心軸線に沿
つて、背圧室２４に開口する円錐状開口部２１ｆ
を有する中心穴２１ｅを穿設し、小径部２１ｄに
この中心穴２１ｅと油室２８とを連通する径方向
の通路孔２１ｇを形成している。

一方、入力ロツド３０は、中空状で内部に通路
３０ａを形成し、弁ボデイ２０内に形成した摺動
孔２０ｂに摺動自在に嵌挿されており、その先端
部を背圧室２４内に突き出して、スプール２１の
端面２１ｂの円錐状開口部２１ｆとの間にオリフ
イス３１を形成する。

また、この入力ロツド３０の後端部には、弁ボ
デイ２０の外部に突き出す小径の操作ロツド３２
を、第２図にも示すように入力ロツド３０と一体
的に固設している。そして、この入力ロツド３０
の操作ロツド３２側の端部と弁ボデイ２０の間に
油室３３を形成し、この油室３３をタンク３５に
通ずるパイロツト油排出ポート３４に連通させて
いる。

さらに、この入力ロツド３０の後端面（第１図
で左端面）側から軸線方向に沿つて、操作ロツド
３２の両側に一対の切欠部３０ｂ，３０ｂを設け
て内部通路３０ａに連通させ、前述の背圧室２４
に流入したパイロツト油を、形成オリフイス３１
及びこの入力ロツド３０の内部通路３０ａと切欠
３０ｂを通して油室３３へ導き、パイロツト油排
出ポート（タンクポート）３４からタンク３５へ
排出させるように構成している。

この実施例の作動原理は第１１図に示した従来
例と同様であるが、入力ロツド３０の径D₂が大
幅に拡大されており、形成オリフイス３１から内
部通路３０ａを通して背圧室２４の圧油を瞬間的
に多量に排出できるので、スプール２１を入力ロ
ツド３０の変位に高速で追従させることが可能で
ある。

ところで、スプール２１の大径部２１ｃ（径
D₃）と主径部（径D₁）との受圧面積の差（π／
４）（D₃ ²−D₁ ²）が入力ロツド３０の先端径D₄の
面積（π／４）D₄ ²と略等しくなるようにしてあ
る。

したがつて、オリフイス３１が全閉の場合、ス
プール２１は端面２１ａが受ける圧力と端面２１
ｂが受ける反対方向の圧力とがバランスし、スプ
リング２５による閉鎖力によつて、弁ボデイ２０
の円錐面２０ａに密接する。

一方、入力ロツド３０は、例えば単一径（D₂
＝D₄）にしておけば、背圧室２４内の圧力の影
響を受けず、外部へ突き出しているのは操作ロツ
ド３２のみであり、その径D₅は細く、且つそれ
への作用力は一般的にはパイロツト油排出ポート
（タンクポート）圧力なので、その突出力は極め
て小さい。

したがつて、小さな操作力で操作ロツド３２を
高速で第１図で左方に変位させると、大径の入力
ロツド３０の先端とスプール２１との間に形成さ
れるオリフイス３１から大径の内部通路３０ａを
通して、背圧室２４から多量のパイロツト油が排
出されるので速やかにスプール２１が追従する。

第３図はこの発明の第２実施例を示し、第１図
と同様な部分には同一符号を付してあり、それら
の説明は省略する。

この実施例におけるスプール４１はポペツト形
スプールであり、先端円筒状部に形成したＶカツ
ト４１ａによつて入口ポート２２と出口ポート２
３との間の流路の開口を制御する。

このスプール４１には、第１図の中心穴２１ｅ
と通路２１ｇに相当するものを有さず、小径部４
１ｄと弁ボデイ２０との間に形成される油室２８
を弁ボデイ２０内に形成した通路４２によつてパ
イロツト油排出ポート３４へ連通させている。

また、この実施例ではシヤトル弁４３を設け、
通常は入口ポート２２から通路４４を通して背圧
室２４へパイロツト油を供給するが、別にパイロ
ツト油供給源４６からパイロツト油供給ポート４
７を通しても背圧室２４へのパイロツト油の供給
が可能になつている。

さらに、スプール４１の背圧室側端部４１ｂは
平担であり、大径部４１ｃの径D₃を太目にして
あるので常時閉鎖力が作用し、スプリングは使用
していない。

この第２実施例によつても、第１実施例と同様
な作用効果が得られる。

第４図はこの発明の第３実施例を示し、第１図
と同様な部分には同一符号を付してあり、それら
の説明は省略する。

この実施例におけるスプール５１もＶカツト５
１ａを有するポペツト形スプールであるが、入口
ポート５２と出口ポート５３が第３図の実施例と
逆になつている。

そして、このスプール５１には、第１図のスプ
ール２１と同様に大径部５１ｃ、小径部５１ｄ、
中心穴５１ｅ及び通路孔５１ｇを設けている。

また、この実施例では弁ボデイ２０に形成した
オリフイス２６を有する通路５４を通して、入口
ポート５２から背圧室２４へパイロツト油を流入
させるようにしている。

さらに、外部にも電磁弁５５及びオリフイス５
６を介挿した油路５７を設けて、ボデイ２０に形
成したポート５８，５９に接続し、この径路によ
つても入口ポート５２から背圧室２４へパイロツ
ト油を流入させることができるように構成してい
る。

なお、操作ロツド３２の操作は、位置センサ付
比例ソレノイド６０によつて高精度に行なえるよ
うにしている。

ところで、この発明は一方向（第４図で左方）
へのスプールの高速移動を小さい操作力で可能に
することであり、スプールの他方向（第４図で右
方）への移動は検討外であるので、一般にオリフ
イス２６の径で決まる少流量のパイロツト流量で
よい。

ところが、この他方向への移動も高速で制御し
たい場合には、そのスプール移動時のみオリフイ
ス径を大きくしてパイロツト流量を増大させれば
よい。

この第３実施例はそのような時に用いられ、電
磁弁５５を開くことによつて、オリフイス５６を
通してもパイロツト油が背圧室２４へ流入し、オ
リフイス２６の径を大きくしたのと同等になる。

第５図はこの発明の第４実施例を示し、第１図
と同様な部分には同一符号を付してあり、それら
の説明は省略する。

この実施例におけるスプール６１は、第１図の
スプール２１と同様な等面積形スプールであり、
大径部６１ｃ、小径部６１ｄ、中心穴６１ｅ、及
び連通孔６１ｇを有しているが、中心孔６１ｅの
背圧室２４への開口部６１ｆが、入力ロツド７０
の先端部の径D₄より若干大きい径の凹段部とし
て形成されている。

また、このスプール６１には、オリフイス６１
ｈを有する通路６１ｉを形成しており、この通路
６１ｉを通して入力ポート２２から背圧室２４へ
パイロツト油を流入させるようにしている。

入力ロツド７０も第１図の入力ロツド３０と同
様に中空状に形成されており、内部通路７０ａ及
び切欠部７０ｂを有し、後端に外部へ突き出す操
作ロツド３２を固設しているが、スプール６１と
の間にオリフイス３１を形成する先端部を若干太
径（D₄＞D₂）にした段付にしており、その径差
による面積（π／４）（D₄ ²−D₂ ²）に対する背圧
室２４内のパイロツト油圧により、引き込み力が
作用する。

したがつて、操作力を除去すると、操作ロツド
３２が弁ボデイ２０内へ引き込まれ、スプール６
１は入口ポート２２と出口ポート２３間の流路を
閉鎖する。

ところで、スプールは入力ロツドに追従制御さ
れるが、入力ロツドを極めて高速に移動させる
と、スプールは位置的にある程度遅れて移動し、
最終的には入力ロツドとスプールとが衝突するこ
とも考えられる。

この実施例では、入力ロツド７０の先端部とス
プール６１の開口部６１ｆによるオリフイス３１
の形成を２段絞り状とし、スプール６１が入力ロ
ツド７０に高速で衝突する前にクツシヨン作用を
行なわせて減速し、その後で位置追従が行なわれ
るようにしたものである。

第６図は第５図の要部拡大図で、第７図はその
速度線図であり、例えば入力ロツド７０が瞬間的
に第６図の上側に示す位置に移動したとすると、
入力ロツド７０の内部通路７０ａ内に背圧室２４
の圧油が矢示Ａのように排出され、その排出流量
によりスプール６１は高速で矢示Ｂの方向へ移動
する。

すると、スプール６１の角部ａが入力ロツド７
０の角部ｄに近づくに従つて、急激にその面積が
閉ざされていく。その後、テーパ部ｂ、円筒面部
ｃが順次角部ｄに被さつていくに従つてさらに減
速され、最終的には第６図の下側に示すように、
オリフイス３１に見合つた開度ｘにて位置決めさ
れる。

なお、第６ａ図に示すように、入力ロツド７０
の外径とスプール６１の円筒面部ｃとの間の隙間
を少なくしてしつくりとしたはめ合い状態にする
と、スプール６１は入力ロツド７０の先端角部ｄ
とテーパ部ｂとで形成される形成オリフイス３
１′をオリフイス３１に見合つた量にして位置決
めされる。

この場合、入力ロツド７０の先端と円筒面部ｃ
の底面とはかなりの距離があり、衝突の恐れはな
い。また、入力ロツド７０の先端に切欠き等を設
けることにより、位置決め時の速度変化をさらに
ゆるくすることも可能である。

第８図は、この発明の第５実施例のオリフイス
形成部のみを示す要部拡大断面図である。

この実施例では、スプール７１に形成した中心
穴７１ｅの背圧室２４への開口部７１ｆを円錐状
に形成し、内部通路８０ａを有する入力ロツド８
０の先端部８０ｃの外径を主径部より細くして段
状に形成し、さらにその先端を先細りのテーパ面
にして、スプール７１の開口部７１ｆとの間にオ
リフイス３１を形成するようにして、前述の第４
実施例と同様なクツシヨン作用を持たせている。

これらの第４、第５実施例によれば、極めて高
速でスプールを追従移動させても、入力ロツドと
スプールが衝突して損傷するようなことがない。

第９図はこの発明の第６実施例を示し、第１図
及び第３図と同様な部分には同一符号を付してあ
る。

この実施例は、スプール形状を常開形にした例
であり、入力ロツドの操作力をさらに軽減させる
構造にしている。

この実施例のスプール８１は、入口ポート２２
と出口ポート２３を連通させる開口８１ａを設け
た円筒状部８１ｂを有し、第１図の実施例のスプ
ール２１と同様に大径部８１ｃ、小径部８１ｄ、
中心穴８１ｅを形成しており、弁ボデイ２０との
間の油室２８は弁ボデイ２０に形成した通路８２
を通してタンクポート８３に連通させている。

また、パイロツト油供給源４６からパイロツト
油供給ポート４７に供給されるパイロツト油を、
オリフイス２６を介して背圧室２４へ流入させる
ようにしている。

さらに、この実施例における入力ロツド９０
は、第１図の実施例の入力ロツド３０と同様に内
部通路９０ａ及び切欠部９０ｂを有すると共に、
後端部付近に大径部９０ｄ（径D₆）を設け、大径
部９０ｄと主径部との径差によつて形成される油
室８４をタンクポート８３に連通させている。

そして、油室３３と連通するパイロツト油排出
ポート３４を、３位置切換弁であるソレノイドバ
ルブ８５を介して油圧源８６とタンク８７に切換
接続可能にしている。

通常は、パイロツト油排出ポート３４をタンク
８７に連通させるようにソレノイドバルブ８５を
切換えてあり、定常状態ではオリフイス２６を介
して背圧室２４へ流入する少量のパイロツト流量
がパイロツト油排出ポート３４から流出している
が、緊急動作時にはソレノイドバルブ８５を図示
のブロツク状態にするか、パイロツト油排出ポー
ト３４を油圧源８６に接続するように切換えるこ
とにより油室３３に高圧をかけると、入力ロツド
９０の状態に無関係にスプール８１を右方端（図
では全開）へ移動させることができる。

しかし、この時油室３３内の圧力上昇により、
操作ロツド３２（径D₅）の断面積分に対する押
圧力により、左方向への突き出し力が作用する。

この実施例では、入力ロツド９０に大径部９０
ｄを設けることにより、この突き出し力を相殺す
る押圧力を発生させるようにしてバランスさせる
ようにしている。

これらの径の関係は、（π／４）（D₆ ²−D₂ ²）＝（π／４）D₅ ²の関係に、
流体力の関係を考慮して定められる。

なお、前述の第１〜第５実施例及び後述する第
７実施例に対しても、入力ロツドをこの第６実施
例の大径部９０ｄを設けた段付ロツドのようにす
ることにより、パイロツト油排出ポート３４の圧
力が高くてもその操作力は軽減される。

第１０図は、この発明の第７実施例、すなわち
ピストンの位置制御を行なう例であり、第１図と
同様な部分には同一符号を付してある。

出力ロツド９１ｊを一体とするピストン９１の
一部に、二点鎖線で示すように溝９１ａ及びラン
ド部９１ｂを形成することにより切換弁とする。
９２は弁ボデイ２０に設ける入口ポート、９３は
出口ポートである。

ピストン９１の背圧室２４側には、前述の各実
施例のスプールと同様に大径部９１ｃ及び小径部
９１ｄと、円錐状開口部９１ｆを有する中心穴９
１ｅを形成しており、大径部９１ｃと小径部９１
ｄの径差によつて形成される油室９４をパイロツ
ト油供給ポート４７に接続して、パイロツト油供
給源４６からパイロツト油を供給し、この油室９
４からさらに弁ボデイ２０内に形成したオリフイ
ス２６を有する通路９５を通して、背圧室２４に
パイロツト油を流入させるようにしている。

入力ロツド１００は、第１図の実施例における
入力ロツド３０と全く同様に形成されている。

ここで、ピストン９１の径をDa、その大径部
９１ｃの径をDb、入力ロツド１００の先端径を
Dcとすると、油室９４側からピストン９１を左
方へ押圧する有効作用面積（π／４）（Db²−
Da²）と、背圧室２４側からピストン９１を右方
へ押圧する有効作用面積（π／４）（Db²−Dc²）
の関係は適宜決定される。

例えば、出力ロツド９１ｊに適当な大きさの左
方への押込力が作用している場合にはDb＝Daと
してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、この発明による高速
位置制御装置は、極めて高速でスプール又はピス
トンを入力ロツドに位置追従して一方向に移動位
置決めできる。

しかも、入力ロツドの操作力は極めて小さくて
済み、その作力を零あるいは、突き出し又は引き
込み方向にすることも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例を示す縦断面
図、第２図は同じくその入力ロツドの後端部側か
ら見た要部射視図、第３図はこの発明の第２実施
例を示す縦断面図、第４図はこの発明の第３実施
例を示す縦断面図、第５図はこの発明の第４実施
例を示す縦断面図、第６図は第５図の要部拡大説
明図、第６ａ図は第６図と同様な部分の若干異な
る例を示す要部拡大説明図、第７図は同じくその
速度線図、第８図はこの発明の第５実施例の要部
拡大断面図、第９図はこの発明の第６実施例の縦
断面図、第１０図はこの発明の第７実施例の縦断
面図、第１１図は従来のスプール位置制御装置の
例を示す縦断面図である。２０…弁ボデイ、２０ｂ…摺動孔、２１，４
１，５１，６１，７１，８１…スプール、２２，
５２，９２…入口ポート、２３，５３，９３…出
口ポート、２４…背圧室、２５…スプリング、２
６，６１ｈ…オリフイス、２８，３３，８４，９
４…油室、３０，７０，８０，９０，１００…入
力ロツド、３１…形成オリフイス、３２…操作ロ
ツド、３４…パイロツト油排出ポート、４７…パ
イロツト油供給ポート、６０…位置センサ付比例
ソレノイド。

Claims

【特許請求の範囲】１弁ボデイに形成した入口ポートと出口ポート
との間でその開度を位置により連続的に調整する
スプール又はピストンと、該スプール又はピスト
ンの位置を制御する入力ロツドとを設け、前記スプール又はピストンの端面がさらされて
いる背圧室に前記入口ポート又はパイロツト油供
給ポートからオリフイスを介してパイロツト油を
流入させるようにし、前記入力ロツドを中空状に形成して前記弁ボデ
イの摺動孔に摺動自在に嵌挿し、その先端部を前
記背圧室に突き出して該先端部と前記スプールの
端面又は該端面に設けた穴との間にオリフイスを
形成する一方、後端部には前記弁ボデイの外部に
突き出す小径の操作ロツドを固設し、前記入力ロツドの後端部と弁ボデイとの間に油
室を形成して、該油室を前記入力ロツドの中空部
による内部通路を通して前記形成オリフイスに連
通させると共に、パイロツト油排出ポートにも連
通させたことを特徴とする高速位置制御装置。２スプール又はピストンは、主径部D₁より径
の大きい大径部D₃を有している特許請求の範囲
第１項記載の高速位置制御装置。３入力ロツドは、その先端径D₄を前記摺動孔
に嵌入する主径部の径D₂に対して太くしたこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記
載の高速位置制御装置。４入力ロツドは、その先端径D₄を前記摺動孔
に嵌入する主径部の径D₂に対して細くしたこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記
載の高速位置制御装置。５入力ロツドは、その先端径D₄を前記摺動孔
に嵌入する主径部の径D₂と等しくしたことを特
徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
高速位置制御装置。６入力ロツドは、前記主径部と操作ロツドとの
間に、該主径部の径D₂より太い大径部を有し、
該大径部の径D₆と前記操作ロツドの径D₅の差に
より形成される面積に前記油室へ導びかれた圧力
を作用させる一方、前記大径部と前記主径部の径
の差によつて形成される油室をタンクポートに接
続したことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃
至第５項のいずれか一項に記載の高速位置制御装
置。７入力ロツドの先端部とそれに対応する前記ス
プール又はピストンのオリフイスを形成する面の
形状を、両者が正規の関係位置に至るまでの両者
の接近に際し、上記両者によつて形成されるオリ
フイスの開口量を正規の開口量に向かつて徐々に
あるいは段階的に減らす形状にしたことを特徴と
する特許請求の範囲第１項乃至第６項のいずれか
一項に記載の高速位置制御装置。８スプール又はピストンが、背圧室に設けられ
たスプリングによつて一方向に偏倚されているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第７項
のいずれか一項に記載の高速位置制御装置。