JPH06173907A - 電気油圧弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 円滑な動作で油の漏れが少なくなる。 【構成】 円柱状部１５３を有するポペット弁体１５
と、外側油室１ｂから空所１ｅに連通させる連通路１ｆ
を形成した弁筐体１２と、弁体１５を弁開方向に押すよ
うに設けられた押し棒３１と、弁体１５を弁閉方向に押
す戻しばね１８と、電磁力により押し棒３１を押すよう
に設けられたフォースモータ５０と、弁体１５の開度を
示す変位を検出する差動トランス７０とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電気信号入力を油圧
出力に変換して油圧シリンダ等の油圧駆動アクチュエー
タの制御などに用いられる電気油圧弁に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の電気油圧サーボ弁としては、周面
に作動油が出入するポートが設けられたシリンダ内でス
プールが変位してポートを開閉するスプール弁が用いら
れている。電気信号入力からパイロット段のノズルフラ
ッパで変換された油圧出力、あるいは電気信号入力から
直接、ソレノイド又はフォースモータの電磁力により、
スプールを駆動し、ポートを開閉して、弁を通過する作
動油を調整し、油圧シリンダ等の油圧駆動アクチュエー
タの動作を制御する。なお、ポペット弁は、一般に、動
作が円滑でなく精密な制御ができないため、電気油圧サ
ーボ弁としてあまり用いられていない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の電気油圧サーボ
弁は上記のようであるが、ノズルフラッパ式サーボ弁で
はパイロット段のノズルで作動油が常時消費される。ま
た、スプールでは若干の油の漏れが必ずある。このた
め、例えば停電等により油圧ポンプが停止しても動作を
継続する必要がある装置の場合、非常に大きな油圧アキ
ュムレータを備える必要があるというような課題があっ
た。

【０００４】この発明は上記課題を解消するためになさ
れたもので、油圧源及び油圧アキュムレータの容量が小
さなものでよいように、作動油の漏れが少ない電気油圧
弁を得ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明に係る電気油圧
弁は、円錐状弁体部の小径側から中間連結部を介して軸
方向に延びる円柱状部を有するポペット弁体と、弁座か
ら弁開方向に外側油室及びこの外側油室に外部から連通
する外側油孔が形成され、弁座から弁閉方向に内側油室
及び前記ポペット弁体の円柱状部が滑動可能に油密嵌合
する円筒状の弁体案内穴並びに前記内側油室に外部から
連通する内側油孔が形成され、前記外側油室から前記弁
体案内穴の前記ポペット弁体の円柱状部の端面外の空所
に連通させる連通路が形成された弁筐体と、前記ポペッ
ト弁体の円柱状部を弁開方向に押すように前記弁筐の押
し棒案内体に滑動可能に油密嵌合して設けられた小径の
押し棒と、前記ポペット弁体を弁閉方向に押すように設
けられた戻しばねと、電磁力により前記押し棒を押すよ
うに設けられたフォースモータと、前記ポペット弁体の
開度を示す変位を検出する変位検出手段とを具備するも
のである。

【０００６】

【作用】この発明における電気油圧弁のフォースモータ
は、通電すれば電磁力を発生して押し棒を介してポペッ
ト弁体を開ける方向に押す。一方、戻しばねはポペット
弁体を閉じる方向に押すので、弁の開度は両者の力のバ
ランス点となる。変位検出手段はこのポペット弁の開度
を検出し、検出した弁開度の値をフィードバックしてフ
ォースモータへの通電量を調整し、所望の弁開度になる
ようにする。弁筐に形成された連通路は外側油室とポペ
ット弁体の円柱状部の端面外の空所とを連通させている
ので、作動油の圧力が変化しても、ポペット弁体にかか
る力は常にバランスするので、弁体は円滑に動作する。
また、ポペット弁であるので、作動油の漏れが本質的に
少ない。

【０００７】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１はこの発明の一実施例による電気油圧弁の縦
断面図である。図において、１０は弁部、３０は中間
部、５０は駆動部、７０は検出部である。

【０００８】図１に示すように、弁部１０は弁の外郭を
形成する弁外筐１１と、弁外筐１１内に一体的に嵌着さ
れた弁内筐１２と、ポペット形弁体１５と、戻しばね１
８とからなる。ポペット形弁体１５は、弁座１３に離接
して流路を開閉する円錐状の弁体部１５５と、この弁体
部１５５の円錐状小径部から延びるひ比較的小径の中間
連結部１５４と、この中間連結部１５４に連続して形成
された円柱状部１５３とからなる。戻しばね１８は、ポ
ペット形弁体１５の弁体部１５５の円錐状部を弁座１３
に押しつけるように弁体部１５５の頭部と弁外筐１１の
内面上端部との間に設けられている。弁内筐１２の中心
部には円筒状の内側油室１ｃ及び弁体案内穴１ｇが連続
貫通穿設されており、ポペット形弁体１５の円柱状部１
５３はこの弁体案内穴１ｇに滑動可能に油密嵌合してい
る。弁内筐１２に穿設された弁体案内穴１ｇの内周面及
び弁体１５の円柱状部１５３の外周面は、油密嵌合して
滑動可能なように特に精密かつ滑らかに形成されてい
る。また、弁体部１５５が当接する弁内筐１２の内側油
室１ｃの図の上端開口部は、弁座１３として精密に形成
されている。この弁座１３に対向する弁体部１５５の円
錐形状の部分も、弁座１３に密接して当接するように精
密に形成されている。

【０００９】図１に示すように、ポペット形弁体１５の
弁体部１５５が弁内筐１２の弁座１３に当接する外側
（図の上側）には、弁外筐１１と弁内筐１２との間に外
側油室１ｂが形成されており、この外側油室１ｂに外部
から連通する外側油孔１ａが弁外筐１１に穿設されてい
る。ポペット形弁体１５の弁体部１５５と円柱状部１５
３との間の中間連結部１５４は比較的小径であり、この
中間連結部１５４の外周と弁内筐１２の弁体案内穴１ｇ
との間に内側油室１ｃが形成され、この内側油室１ｃに
外部から連通する内側油孔１ｄが弁内筐１２及び弁外筐
１１に穿設されている。弁内筐１２の弁体案内穴１ｇ
は、ポペット形弁体１５の円柱状部１５３の可動存在範
囲より長く形成されており、円柱状部１５３の下端面よ
り下部に端空所１ｅが形成され、この端空所１ｅと外側
油室１ｂとを連通させる連通路１ｆが弁内筐１２に形成
されている。

【００１０】図１に示すように、中間部３０は、この電
気油圧弁の外郭の一部をなし弁外筐１１に連接固着され
る中間筐体３４と、中間筐体３４の中心部に穿設された
円筒状の貫通穴に滑動可能に嵌合して案内される支持伝
達棒３３と、中間筐体３４と弁内筐１２との間に油密嵌
着される押し棒案内体３２と、押し棒案内体３２の中心
部に穿設された小径の貫通孔である押し棒案内孔に滑動
可能に油密嵌合して案内される押し棒３１とからなる。
押し棒３１は強度の許す限り小さな径に形成され、上端
が弁体１５の円柱状部１５３の下端面に当接し、下端が
支持伝達棒３３の上端面に当接するように形成されてい
る。中間筐体３４の円筒状の貫通穴に滑動可能に嵌合し
ている支持伝達棒３３の上端部と押し棒案内体３２との
間には、支持伝達棒３３の動作に伴って容積が変化する
空間ができるので、この空間に連通するドレン孔３ｈが
中間筐体３４に穿設されている。

【００１１】図１に示すように、駆動部５０は、この電
気油圧弁の外郭の一部をなし中間筐体３４を介して弁外
筐１１に連接固着される駆動部外筐５１と、駆動部外筐
５１の内周面に装着された磁石５２と、磁石５２の内周
側に軸方向に変位可能に設けられた逆有底円筒状の磁性
材料のコア５４と、コア５４に装着されたコイル５３
と、コイル５３に通電するコイル通電線５５と、コア５
４を弁部１０の方へ押す押しばね５７とからなる。コア
５４の中心部には支持伝達棒３３が固着されている。駆
動部外筐５１は磁石５２の磁力線を有効に形成するよう
に磁性材料で作られている。

【００１２】図１に示すように、検出部７０は、差動ト
ランス検出方式であり、駆動部５０のコア５４の中心部
に固着されて軸方向に延びる検出鉄棒７１と、この検出
鉄棒７１を囲むように設けられた一次コイル７２と、一
次コイル７２の軸方向両側に検出鉄棒７１を囲むように
設けられた検出コイル７３と、一次コイル７２に交流電
流を送り、検出コイル７３に発生する検出電流を取り出
す検出電線７６と、検出電線７６を接続するコネクタ７
５とからなる。

【００１３】次に、図１に示す実施例の動作について説
明する。駆動部５０のコイル通電線５５から電気信号が
送られないときは、駆動部５０のコイル５３及びコア５
４には電磁推進力が発生せず、押しばね５７の力のみ
が、支持伝達棒３３及び押し棒３１を介して弁体１５を
押し上げている。しかし、押しばね５７の力より戻しば
ね１８の力が強いので、弁体１５の弁体部１５５は弁内
筐１２の弁座１３に密接しており、外側油孔１ａと内側
油孔１ｄとの間の流通は遮断されている。このとき、弁
体１５にかかる作動油の圧力として、外側油孔１ａから
の油圧は、弁座１３上面の面積の油圧力が弁体部１５５
に下向きにかかり、円柱状部１５３の下端面に連通路１
ｆを経て端空所１ｅ内にある同じ圧力の油圧力が上向き
にかかる。弁座１３上面の面積と円柱状部１５３の下端
面の面積とはほぼ同じである（面積が同じになるように
弁座１３の部分を形成することもできる）ので、この両
油圧力は作動油の圧力が変化しても常に釣り合ってい
る。また、内側油孔１ｄからの油の圧力も上向き下向き
に同じ力が弁体１５にかかって釣り合っている。このよ
うに、作動油の圧力が変化しても弁体１５にかかる油圧
力は常に釣り合っているので、弁体１５は戻しばね１８
の力と押しばね５７の力との差である一定の力で弁座１
３に押し付けられて流路を閉止する。

【００１４】次に、図１において、コイル通電線５５か
ら電流がコイル５３に供給されると、電流の大きさに応
じて磁石５２との間にコア５４を図の上方に押す電磁力
が発生し、コア５４は支持伝達棒３３及び押し棒３１を
介して弁体１５を押し上げる。電流の大きさに応じてコ
ア５４に生じる上向きの電磁力と押しばね５７の上向き
の力との合計の上向きの力が戻しばね１８の下向きの力
を超えると、弁体１５が押し上げられて弁体部１５５が
弁座１３から離れ、外側油孔１ａから外側油室１ｂ，内
側油室１ｃを経て内側油孔１ｄに通じる流路が連通す
る。このときも、外側油室１ｂと端空所１ｅとが連通路
１ｆにより連通しているので、作動油の圧力が変化して
も、弁体１５にかかる作動油の圧力は釣り合っている。

【００１５】図１において、コイル５３に供給する電流
の強さによりコイル５３，コア５４に生じる電磁力が決
まるので、この電流の強さを調整することにより弁の開
度を調整設定することができる。しかし、この電気油圧
弁においては、検出部７０を設けており、一次コイル７
２に所定の交流電流を供給しておけば、駆動部５０のコ
ア５４と一体に移動する検出鉄棒７１の位置により、検
出コイル７３にそれに応じた電圧が発生するので、検出
電線７６を介して検出コイル７３に発生した電圧を検出
することにより弁体１５の開度を正確に検出することが
できる。したがって、検出された弁体１５の開度をフィ
ードバックして駆動部５０のコイル５３に供給する電流
量を調整をすることにより、より正確な弁開度の制御を
行わせることができる。

【００１６】図１に示すように、この電気油圧弁はポペ
ット弁であるので、弁閉状態における作動油の漏れ量
は、本質的に少なくすることができる。また、円柱状部
１５３の外周面と弁体案内穴１ｇとの間も、円柱状部１
５３を図示のように長い形状とし、両滑動面を精密に形
成することにより、この部分における油の漏れ量はきわ
めて少なくすることができる。また、押し棒３１は図示
のように小径とすることにより、押し棒案内体３２の押
し棒案内孔と押し棒３１との間から漏れる油の量もきわ
めて少なくすることができる。また、押し棒３１を小径
とすることにより、押し棒３１にかかる図の下向きの油
圧力を小さくすることができ、油圧力の変化が弁に及ぼ
す影響を最小限にすることができる。なお、ドレン孔３
ｈは、支持伝達棒３３が変位すれば支持伝達棒３３の上
端上の空所の容積が変化するので、それを許容するもの
である。なお、駆動部５０，検出部７０の空所内に絶縁
油を入れておけば、動作部分の運動の制振効果が得られ
る。

【００１７】次に、図２に示すこの電気油圧弁の適用例
について説明する。図２において、９１はアクチュエー
タとしての油圧シリンダ、９２は油圧シリンダ９１のピ
ストンロッド９５の変位を検出する変位計である。この
システムでは電気油圧弁Ａ及び電気油圧弁Ｂを使用して
いる。この電気油圧弁Ａ及びＢは共に図１に示す電気油
圧弁である。電気油圧弁Ａは油圧シリンダ９１に油圧源
９６から供給する圧油を制御し、電気油圧弁Ｂは油圧シ
リンダ９１から戻り油タンク９７に戻す油量を制御す
る。電気油圧弁Ａも電気油圧弁Ｂも、図１の内側油孔１
ｄを油圧シリンダ９１に連結し、外側油孔１ａを油圧源
９６又は戻り油タンク９７に連結するのが、油圧の変動
の影響を受け難いので、望ましい。

【００１８】図２において、電気油圧弁Ａ及びＢの弁は
指令がないときは各戻しばね１８によって閉じている。
指令部９４から油圧シリンダ９１に対する動作指令を制
御計９３に入力すると、その指令に応じて、制御計９３
は、電気油圧弁Ａの駆動部５０に電流を送って電気油圧
弁Ａの弁を開けて油圧源９６から油圧シリンダ９１に圧
油を供給してピストンロッド９５を図の右方へ動かす
か、電気油圧弁Ｂの駆動部５０に電流を送って電気油圧
弁Ｂの弁を開けて油圧シリンダ９１から戻り油タンク９
７に油を戻してピストンロッド９５を図の左方へ動かす
かする。前述のように、電気油圧弁Ａ及びＢの弁の開度
は、それぞれの検出部７０によって検出されて制御計９
３にフィードバックされ、指令に一致するように駆動部
５０に送る電流が調整される。また、変位計９２はピス
トンロッド９５の位置を検出して制御計９３にフィード
バックし、制御計９３は、指令部９４からの指令と変位
計９２からのこのフィードバック信号とを比較して、誤
差を修正するように電気油圧弁Ａ及びＢへの出力を調整
する。

【００１９】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、ポペ
ット弁を採用したので、作動油の漏れを少なくすること
ができる。また、弁体に円柱状部を設け、連通路を設け
たので、作動油の圧力が変化しても円滑な動作をさせる
ことができる。また、検出部により検出してフィードバ
ックさせるので、指令に対して正確に対応する動作をさ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による電気油圧弁の縦断面
図である。

【図２】この発明の一実施例による電気油圧弁を適用し
た装置の系統図である。

【符号の説明】

１０：弁部、１１：弁外筐、 １２：弁内筐、 １３：
弁座、１ａ：外側油孔、 １ｂ：外側油室、１ｃ：内側
油室、 １ｄ：内側油孔、１ｅ：端空所、 １ｆ：連通
路、 １ｇ：弁体案内穴、１５：弁体、 １５３：円柱
状部、 １５５：弁体部、１８：戻しばね、３０：中間
部、 ３１：押し棒、 ３２：押し棒案内体、３３：支
持伝達棒、 ３４：中間筐体、５０：駆動部、 ５１：
駆動部外筐、 ５２：磁石、５３：コイル、 ５４：コ
ア、 ５５：コイル通電線、 ５７：押しばね、７０：
検出部、 ７１：検出鉄棒、７２：一次コイル、 ７
３：検出コイル、９１：油圧シリンダ、 ９２：変位
計、 ９３：制御計、 ９４：指令部、９５：ピストン
ロッド、 ９６：油圧源、 ９７：戻り油タンク。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新井 徳泰 広島県三原市糸崎町5007番地 三菱重工業 株式会社三原製作所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円錐状弁体部の小径側から中間連結部を
   介して軸方向に延びる円柱状部を有するポペット弁体
   と、弁座から弁開方向に外側油室及びこの外側油室に外
   部から連通する外側油孔が形成され、弁座から弁閉方向
   に内側油室及び前記ポペット弁体の円柱状部が滑動可能
   に油密嵌合する円筒状の弁体案内穴並びに前記内側油室
   に外部から連通する内側油孔が形成され、前記外側油室
   から前記弁体案内穴の前記ポペット弁体の円柱状部の端
   面外の空所に連通させる連通路が形成された弁筐体と、
   前記ポペット弁体の円柱状部を弁開方向に押すように前
   記弁筐の押し棒案内体に滑動可能に油密嵌合して設けら
   れた小径の押し棒と、前記ポペット弁体を弁閉方向に押
   すように設けられた戻しばねと、電磁力により前記押し
   棒を押すように設けられたフォースモータと、前記ポペ
   ット弁体の開度を示す変位を検出する変位検出手段とを
   具備する電気油圧弁。