JPH0820024B2 - 直動形電磁弁及びこの電磁弁を用いた液圧装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、位置設定値とその検出値との偏差入力等、
電気指令入力に応じて動作されるソレノイドと、これに
追従移動されるスプールとをもつ直動形電磁弁及びこの
弁を用いた液圧装置における制御特性の改善策に関する
ものである。

（従来の技術） 従来、実願昭59−56469号公報に開示され、かつ、第
６図に示すように、この種直動形電磁弁では、スプール
（Ｓ）の移動で、一次ポート（Ｐ）を二次ポート（Ｂ）
に開く際、絞り通路（Ｗ）を通過する流体噴出力（fv）
に基づく反作用（fv′）の軸方向成分（fvn）つまり軸
推力により、スプール（Ｓ）は軸方向に強制的に変位さ
せられ、その作動が不安定な状態とされるため、前記軸
推力（fvn）を低減する対策が講じられている。

すなわち、スプール（Ｓ）のランド（Ｌ）に移動方向
に凹入する凹部（Ｏ）を形成して、該凹部（Ｏ）に径方
向に延びる複数個の連通孔（Ｈ）を設け、軸方向と直交
状に流体を噴出させ、軸推力（fvn）を低減して絞り通
路（Ｗ）の開口面積をソレノイドからの指令値に精度良
く合致させ、安定した制御が行えるようにしている。

（発明が解決しようとする課題） 以上の構成によれば、絞り通路（Ｗ）が常時開かれて
いる状態では、前記軸推力（fvn）を低減できてスプー
ル（Ｓ）の位置を安定的に保持できるが、以下に詳述す
るように、スプール（Ｓ）は位置設定値とその検出値と
の偏差入力等のように時間的に変化する電気指令入力に
応じて作動され、通常このように１つの位置に固定され
て連通状態ばかりが持続されるのではないから、制御特
性の改善策として不十分である。

すなわち、スプール（Ｓ）は、制御対象となるアクチ
ュエータ等がある位置に位置決めされている状態から新
たな目標動作位置を定める設定値が入力され、現在の動
作位置を示す検出値との間に差が生じた場合、その偏差
に見合う電気指令入力の大きさに応じて移動され、絞り
通路（Ｗ）を閉の状態から前記電気指令入力に見合う開
口面積に調節する。そして、アクチュエータが設定値に
近づいて、前記偏差つまり電気指令入力が暫時減少して
いくと、スプール（Ｓ）の追従移動により絞り通路
（Ｗ）の開口面積は縮小され、最終的に閉じられてアク
チュエータは新しい位置に位置決めされる。更に、この
位置決め状態では、スプール（Ｓ）を内装するスプール
孔や一次ポート（Ｐ）や二次ポート（Ｂ）に接続される
ラインで生じる漏れ等の影響でアクチュエータの位置が
変動すれば、これに対抗して設定位置での位置決め状態
を維持するため、絞り通路（Ｗ）を開いたり閉じたりし
てその開口面積を微小調節するようにしている。つま
り、絞り通路（Ｗ）は開閉調節されるもので、決して開
状態ばかりが持続されるのではない。この場合、新たな
設定値の入力によりスプール（Ｓ）が移動し始めて絞り
通路（Ｗ）が閉から開の状態に切換わるとき、又は位置
決め状態で絞り通路（Ｗ）が開かれたときには、一次ポ
ート（Ｐ）から二次ポート（Ｂ）に全ての連通孔（Ｈ）
を介して一挙に流体が導入されることになるため、二次
ポート（Ｂ）への導入流量が零の状態から流体導入が始
まった瞬間のその導入流量の差が大き過ぎ、スプール
（Ｓ）の移動ストロークに対する導入流量の変化つまり
感度が高過ぎて、スプール（Ｓ）を作動させるソレノイ
ド側の電気制御が困難となり、高精度な制御が行いがた
い問題があった。このことは、絞り通路（Ｗ）が開から
閉に切換わる場合も同様で、全ての連通孔（Ｈ）を介し
て導入されていた二次ポート側の流量がわずかなスプー
ル（Ｓ）の移動で急に遮断され、その制御特性が悪化し
てしまうのであった。

以上の問題に対し、前記連通孔（Ｈ）の数を減らし
て、二次ポート（Ｂ）が一次ポート（Ｐ）に開こうとす
るときの開口面積を縮小し、感度を鈍くすることが考え
られるが、こうした場合には、二次ポート（Ｂ）が一次
ポート（Ｐ）に大きく連通された状態では、少ない連通
孔（Ｈ）を介して流体が導入されることになるため、該
連通孔（Ｈ）を通過する流体抵抗が大きくなって、圧力
損失を招くのであった。

本発明の目的は、絞り通路に臨む連通孔の配置を工夫
することにより、絞り通路が閉から開に開から閉に切換
わるとき、及び該絞り通路が開閉を繰り返してその開口
面積を微小調節するとき、スプールの移動ストロークに
対する感度を低減してその制御性を改善し、かつ、それ
以外では圧力損失を招くことのない良好な制御を可能に
した直動形電磁弁及びこれを用いた液圧装置を提供する
にある。

（問題点を解決するための手段） そこで、本発明では、電気指令入力に応じて動作され
るソレノイド（４）と、該ソレノイド（４）に追従移動
されるスプール（５）とを備え、二次ポート（Ｂ）を圧
力ラインに通じる一次ポート（Ｐ）とタンクに通じるタ
ンクポート（T2）とに選択的に連通させる前記スプール
（５）のランド（54）の両端部に、前記スプール（５）
の移動方向に凹入する凹部（9,9′）を形成して、該各
凹部（9,9′）に、一つのグループがそれぞれ流体噴出
力の反作用に基づく径方向荷重をバランスさせる複数個
の構成孔（1a〜1d）（2a〜2d）（3a〜3d）をもち、これ
ら各構成孔をスプール（５）の移動方向に開口面積を暫
時増大させる関係に互いにオーバーラップ状に偏位させ
て配置し、かつ、ランド（54）の右側に位置するグルー
プとこれに対応するランド（54）の左側のグループとを
二次ポート（Ｂ）を挾んで左右対称に配置して成る径方
向連通孔（1,2,3）（１′,2′,3′）をそれぞれ設ける
ことにした。

又、上記構成をもつ直動形電磁弁（100）を用いた液
圧装置であって、前記一次ポート（Ｐ）を、液圧ポンプ
（７）の吐出ライン（70）に接続すると共に、前記二次
ポート（Ｂ）を、アクチュエータ（200）に延びる負荷
ライン（８）に接続する一方、前記アクチュエータ（20
0）の動作位置を検出する位置検出器（Ｆ）を設けて、
この検出器（Ｆ）での検出値を、位置設定器（Ｄ）から
入力する設定値との偏差を演算して前記ソレノイド
（４）を作動させる演算器（Ｃ）に入力させることにし
た。

（作用） スプール（５）の移動で一次ポート（Ｐ）を二次ポー
ト（Ｂ）に開く瞬間、連通孔を構成する複数グループの
うちの一つのグループ（３）の各構成孔（3a〜3d）のみ
を介して連通される。このときの絞り通路（６）の開口
面積は、全ての連通孔（１〜３）によるトータルの開口
面積に対して、一グループの各構成孔のエッヂ部分に相
当する小さな面積であるため、スプール（５）の移動量
に対する二次ポート（Ｂ）への導入流量の増加は小さな
値に抑制でき、その感度低減により制御性を緩和でき
る。そして、電気指令入力が大きくスプール（５）の移
動量が大きい場合には、そのスプール（５）の移動に伴
って次々に他のグループ（２）（１）の各構成孔（2a〜
2d）（1a〜1d）が開かれ、十分大きな開口面積を確保で
きるため、圧力損失も低減できる。このとき、例えば、
第２のグループ（２）の構成孔の連通前後で、既に開い
ている一つ前のグループ（３）の連通が連続されてお
り、開口部分を流体が通過する際のショックを小さくで
き、連続的に良好な制御が行える。更に、一つのグルー
プ（１〜３）における各構成孔は流体噴出力の反作用に
基づく径方向荷重がバランスする関係に配置されている
ため、どのグループまでが連通されているかに拘わら
ず、つまりスプール（５）がどの位置にあっても、常
に、径方向荷重かバランスされた状態で安定した制御が
行える。

又、スプール（５）の移動で絞り通路（６）を閉じよ
うとするときには、一つのグループ（３）の各構成孔
（3a〜3d）のエッヂ部分のみを介してその連通状態が断
ち切れることになるから、同様に開閉前後の流量変化が
小さく、感度低下によりその制御性が緩和される。

しかも、左右の径方向連通孔（1,2,3）（１′,2′,
3′）を対称に設けているから、スプール（５）の左右
いずれの向きの移動でも安定的に制御が行えると共に、
スプール（５）の移動制定時、開いていた左右一方の開
口部を閉じた後、更に行き過ぎが生じても、行き過ぎに
より他方側に開く開口部も、二次ポート（Ｂ）に最も近
い第３グループのみの小さなものであり、このような小
さな開口部分によりスプール（５）の行き過ぎを是正す
ることとしているから、スプール（５）がハンチングす
ることなく、制定時の安定性を高めることができるので
ある。

そして、以上の直動形電磁弁（100）を用いてアクチ
ュエータ（200）を制御する場合には、該アクチュエー
タ（200）の作動から位置決め及びその位置決め状態の
保持に至る一連の制御を良好に行うことができる。

（実施例） 第５図に示すものは、ソレノイド（４）とこれに追従
移動されるスプール（５）とをもつ直動形電磁弁（10
0）を用いて、シリンダからなるアクチュエータ（200）
の位置決め制御を行うようにした液圧装置である。

前記ソレノイド（４）は、コイル（41）と可動鉄芯
（42）とを備え、演算器（Ｃ）を介して、前記アクチュ
エータ（200）の動作位置を設定する位置設定器（Ｄ）
からの設定値（ｄ）と、前記アクチュエータ（200）の
動作位置を検出する位置検出器（Ｆ）からフィードバッ
クされる検出値（ｆ）との偏差に応じた値の電流を電気
指令入力として前記コイル（41）に通じ、前記偏差に応
じて前記可動鉄芯（42）を変位させるようになってい
る。尚、前記可動鉄芯（42）の移動位置は、検出鉄芯
（43）及び検出コイル（44）を介して前記演算器（Ｃ）
にマイナーフィードバックされ、前記位置検出器（Ｆ）
によるフィードバック制御に補正を加えて制御精度を高
めるようにしている。

前記スプール（５）は、弁本体（50）内に形成するス
プール孔（51）に内装されており、一端を操作ロッド
（52）を介して前記可動鉄芯（42）に結合すると共に、
他端にオフセットスプリング（53）を配設して、前記可
動鉄芯（42）の動作量に応じて一次ポート（Ｐ）と二次
ポート（Ｂ）との間に形成される絞り通路（６）の開口
面積を調節するようにしている。

前記一次ポート（Ｐ）は、液圧ポンプ（７）の吐出ラ
イン（70）に接続しており、又、二次ポート（Ｂ）は、
前記アクチュエータ（200）のヘッド室（201）に延びる
負荷ライン（８）に接続している。又、前記ヘッド室
（201）と対向するロッド室（202）は、リターンライン
（203）を介して前記吐出ライン（70）に接続してお
り、ピストン（204）の両側の面積差を利用してロッド
（205）を動作させる所謂差動回路を構成するようにし
ている。

尚、前記一次ポート（Ｐ）を挟んで前記した二次ポー
ト（Ｂ）と対称に、もう一つの二次ポート（Ａ）を設け
ているが、本油圧回路では未使用である。又、本第５図
中、（T1）（T2）はタンク（Ｔ）に通じるタンクポート
である。

そして、第１図に明示するように、前記絞り通路
（６）に臨むスプール（５）のランド（54）に、該スプ
ール（５）の移動方向に凹入する凹部（９）を形成し
て、該凹部（９）の内周面から前記ランド（54）の外周
面にかけて、径方向に延びる複数個の連通孔を開口する
のである。その連通孔は、一つのグループがそれぞれ複
数個の構成例（1a〜1d）（2a〜2d）（3a〜3d）をもつ複
数のグループ（1,2,3）から成り、該各グループ（1,2,
3）は、前記スプール（２）の移動方向に互いに偏位さ
せて配置するのである。

又、一つのグループにおける各構成孔（1a〜1d）（2a
〜2d）（3a〜3d）は、それぞれ、前記絞り通路（６）を
流体が通過する際その流体噴出力の反作用に基づく径方
向荷重がバランスする関係に配置するのである。具体的
には、前記凹部（９）の開口端に最も近い第１グループ
（１）の構成孔（1a,1b,1c,1d）を、第２図に示すよう
に、互いに90゜偏位させて配置し、又、凹部（９）の中
間に位置する第２グループ（２）の構成孔（2a,2b,2c,2
d）を、第３図に示すように、第１グループの相対向す
る一対の孔（1a,1c）の両側に30゜偏位させて配置し、
更に、前記凹部（９）の開口端から最も遠い第３グルー
プ（３）の構成孔（3a,3b,3c,3d）を、第４図に示すよ
うに、第１グループの相対向する他の一対の孔（1b,1
d）の両側に30゜偏位させて配置するのである。尚、図
示の配置は一例にすぎず、要は、各構成孔部分に作用す
る径方向荷重のベクトル和が零になる関係に配置すれば
よい。

更に、本実施例では、二次ポート（Ｂ）と、該二次ポ
ート（Ｂ）が前記一次ポート（Ｐ）と可逆的に連通され
る関係にあるタンクポート（T2）との間の絞り通路
（６′）にも、上記同様の凹部（９′）並びに、第１〜
第３グループの連通孔（１′）（２′）（３′）を配置
し、二次ポート（Ｂ）のタンクポート（T2）への連通時
及び遮断時の特性改善をも図るようにしている。

以上の構成によれば、新たな設定値（ｄ）が入力され
た場合や、位置決め状態中に変動があった場合等に、ス
プール（５）が第１図又は第５図中左方に移動し、一次
ポート（Ｐ）が二次ポート（Ｂ）に連通しようとすると
きには、まず、第３グループ（３）の各構成孔（3a〜3
d）のエッヂ部分を介して、絞り通路（６）が開かれる
ことになる。このときの開口面積は、全ての連通孔（１
〜３）によるトータルの開口面積に対して、第３グルー
プの各構成孔のエッヂ部分に相当する小さな面積である
ため、スプール（５）の移動量に対する二次ポート
（Ａ）への導入流量の増加は小さな値に抑制でき、その
感度を低減できて、演算器（Ｃ）から与える電気制御側
の制御を緩和できる。そして、新たな設定値（ｄ）が入
力された場合のように偏差が大きく、スプール（５）の
移動スクロールが大きい場合には、その移動に伴い、第
２グループ（２）並びに第１グループ（１）の各構成孔
が次々に開いてその開口面積を増加するため、二次ポー
ト（Ｂ）への導入流量が多い場合には、それに見合って
十分大きな開口面積を確保でき、圧力損失も低減でき
る。更に、一つのグループ（１〜３）における各構成孔
は流体噴出力の反作用に基づく径方向荷重がバランスす
る関係に配置されているため、どのグループまでが連通
されているかに拘わらず、つまりスプール（５）がどの
位置にあっても、常に、径方向荷重かバランスされた状
態で安定した制御が行える。

又、目標位置にアクチュエータ（200）が位置決めさ
れようとしている場合や、位置決めされている状態で変
動があった場合等に、スプール（５）が図中右方に移動
し、絞り通路（６）を閉じようとするときには、前記第
３グループ（３）の各構成孔（3a〜3d）のエッヂ部分の
みを介してその連通状態が断ち切れることになるから、
同様に開閉前後の流量変化が小さく、感度を下げること
ができるため、電気制御側の制御性が緩和される。

従って、以上の直動形電磁弁を用いて、前記アクチュ
エータ（200）の位置決め制御を行う場合には、該アク
チュエータ（200）の移動開始から位置決め及びその位
置決め状態の保持に至る一連の制御を良好に行うことが
でき、制御特性が改善されるのである。

（発明の効果） 以上、本発明によれば、一次ポート（Ｐ）と二次ポー
ト（Ｂ）との間の絞り通路（６）が閉から開に、開から
閉に切換わるとき、及び該絞り通路（６）が開閉を繰り
返してその開口面積を微小調節するとき、スプール
（５）の移動ストロークに対する絞り通路（６）の開口
面積の変化幅つまり感度を低減できるため、ソレノイド
（４）を作動させる電気制御装置側の制御性の緩和が図
れると共に、電気指令入力が大きく絞り通路（６）を大
きく開く必要があるときには、複数のグループ（１〜
３）を順次介して二次ポート（Ｐ）が一次ポート（Ｂ）
に開かれるため、ショック少なく、かつ、圧力損失を招
くことがなく、更に、一つのグループの各構成孔毎に径
方向のバランス保持を行わせるようにしたため、スプー
ル（５）の移動量に拘わらず常時安定した制御が行え、
しかも、スプール（５）の制定時の安定性も高くでき、
全体の制御特性を大きく改善できるに至ったのである。

そして、以上の効果を奏する直動形電磁弁（100）を
用いてアクチュエータ（200）を制御する場合には、該
アクチュエータ（200）の作動から位置決め及びその位
置決め状態の保持に至る一連の制御を良好に行うことが
できるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる直動形電磁弁の要部を示す側面
図、第２図はそのＸ−Ｘ線及びＸ′−Ｘ′線における第
１グループの連通孔のみを示す断面図、第３図は同Ｙ−
Ｙ線及びＹ′−Ｙ′線における第２グループの連通孔の
みを示す断面図、第４図は同Ｚ−Ｚ線及びＺ′−Ｚ′線
における第３グループの連通孔のみを示す断面図、第５
図は本発明直動形電磁弁を用いた液圧装置の全体図、第
６図は従来例の断面図である。 （１）……第１グループ （1a,1b,1c,1d）……構成孔 （２）……第２グループ （2a,2b,2c,2d）……構成孔 （３）……第３グループ （3a,3b,3c,3d）……構成孔 （４）……ソレノイド （５）……スプール （54）……ランド （６）……絞り通路 （７）……液圧ポンプ （70）……吐出ライン （８）……負荷ライン （９）……凹部 （Ｐ）……一次ポート （Ｂ）……二次ポート （Ｃ）……演算器 （Ｄ）……位置設定器 （Ｆ）……位置検出器 （100）……直動形電磁弁 （200）……アクチュエータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気指令入力に応じて動作されるソレノイ
   ド（４）と、該ソレノイド（４）に追従移動されるスプ
   ール（５）とを備え、二次ポート（Ｂ）を圧力ラインに
   通じる一次ポート（Ｐ）とタンクに通じるタンクポート
   （T2）とに選択的に連通させる前記スプール（５）のラ
   ンド（54）の両端部に、前記スプール（５）の移動方向
   に凹入する凹部（9,9′）を形成して、該各凹部（9,
   9′）に、一つのグループがそれぞれ流体噴出力の反作
   用に基づく径方向荷重をバランスさせる複数個の構成孔
   （1a〜1d）（2a〜2d）（3a〜3d）をもち、これら各構成
   孔をスプール（５）の移動方向に開口面積を暫時増大さ
   せる関係に互いにオーバーラップ状に偏位させて配置
   し、かつ、ランド（54）の右側に位置するグループとこ
   れに対応するランド（54）の左側のグループとを二次ポ
   ート（Ｂ）を挾んで左右対称に配置して成る径方向連通
   孔（1,2,3）（１′,2′,3′）をそれぞれ設けたことを
   特徴とする直動形電磁弁。
2. 【請求項２】請求項１記載の直動形電磁弁（100）を用
   いた液圧装置であって、前記一次ポート（Ｐ）を、液圧
   ポンプ（７）の吐出ライン（70）に接続すると共に、前
   記二次ポート（Ｂ）を、アクチュエータ（200）に延び
   る負荷ライン（８）に接続する一方、前記アクチュエー
   タ（200）の動作位置を検出する位置検出器（Ｆ）を設
   けて、この検出器（Ｆ）での検出値を、位置設定器
   （Ｄ）から入力する設定値との偏差を演算して前記ソレ
   ノイド（４）を作動させる演算器（Ｃ）に入力している
   ことを特徴とする直動形電磁弁を用いた液圧装置。