JPH09133107A - 電磁比例サーボ弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 動特性と耐ゴミ性との向上、作動油エネルギ
ー損失の低減、及びメンテナンス容易性の実現を課題と
する。 【解決手段】 機械油圧変換機構の出力流量を安定に大
きくして動特性を向上するために、機械油圧変換機構を
機械駆動スプール弁とした。これにより耐ゴミ性も向上
し、またサーボ弁駆動の入力制御信号が０であるときの
機械油圧変換機構における作動油エネルギーの損失が低
減する。機械駆動スプール６の直線的変位はリニアモー
タ１により得る。従来のフィードバックばねを廃し、油
圧駆動スプール弁の平衡手段として、線形可変差動変成
器１６を用いたフィードバックループを構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】サーボ制御系において用いら
れる電磁比例サーボ弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】サーボ弁は、空圧又は油圧を用いて被制
御部の駆動又は位置決め制御を行うためのサーボループ
内において、前記制御部からのフィードバック信号によ
って弁開度を任意に調節するために用いられ、各種の工
作機械その他の産業用機械、特に近年においては、各種
用途に用いられるロボットの制御弁として広範囲に用い
られている。

【０００３】図２は、従来のサーボ弁の１種である、ノ
ズルフラッパ方式の電磁比例サーボ弁の断面構造を示す
平面図である。

【０００４】この電磁比例サーボ弁は電気機械変換機構
としてトルクモータ５１を有する。トルクモータ５１は
電機子５２とコイル５３とを有する。電機子５２は入力
制御信号を受けてコイル５３が発生する磁界により傾斜
する。すると電機子５２に接続され機械油圧変換機構を
構成するノズルフラッパ５４が揺動し、ノズル５５、５
６のノズル背圧Ｐｎ１、Ｐｎ２の差を生じる。ここで、
ノズルフラッパ５４の変位量が同じであっても、作動油
供給源の供給圧が異なるとノズル背圧差は異なる。

【０００５】スプール５９を有するスプール弁は油圧増
幅機構である。スプール５９はこのノズル背圧差により
シリンダ内を変位する。スプール５９に接続されたフィ
ードバックばね６０はスプール５９を平衡させる手段で
あるとともに、ノズルフラッパ５４へのフィードバック
手段である。すなわち、スプール５９はその両端に作用
するノズル背圧差と、フィードバックばね６０から受け
るばね力とが平衡する位置に停止する。一方、フィード
バックばね６０はスプール５９から受ける反力をノズル
フラッパ５４に伝達する。この反力は電機子５２による
ノズルフラッパ５４の変位を縮小するようにフィードバ
ックされる。このフィードバックにより、上述した作動
油の供給圧の違いによるノズル背圧差の違い、ひいては
スプール５９の変位量の違いが、抑制される。これによ
り、被制御系に対する駆動力の、供給圧依存性が抑制さ
れる。

【０００６】さて、具体例として、図において右にスプ
ール５９が変位した場合を考える。シリンダ壁に設け
た、コントロールポートＰ１、Ｐ２の窓がスプール５９
の変位に応じて開き、作動油がプレッシャーポートＰｓ
からコントロールポートＰ１を経由して被制御系に供給
され、被制御系から排出される作動油はコントロールポ
ートＰ２を経由してリターンポートＰｒに吸引される。
上述したように、トルクモータ５１への入力制御信号に
応じてシリンダ壁の窓の開度を制御するので、被制御系
に供給される駆動力も入力制御信号によって制御される
こととなる。

【０００７】このノズルフラッパ方式電磁比例サーボ弁
は、作動油流入源から流入する作動油の一部を流路断面
積が微小な、オリフィス５７、５８、ノズル５５、５６
に流し、ここで生じるノズル背圧を、ノズル５５、５６
とノズルフラッパ５４との間の微小な間隙（ギャップ）
を変化させることにより制御している。フィルタ６１は
これら、オリフィス、ノズル、及びノズルとノズルフラ
ッパとのギャップという微小な流路に流れ込む作動油か
らゴミを除去し、これら各部がゴミ詰まりを起こすこと
を防止するために設けられている。フィルタ６１は筒状
であり、この端部の開口にオリフィス５７、５８が差し
込まれて、ノズルフラッパ方式電磁比例サーボ弁の本体
に装着される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来のノズルフラッパ
方式電磁比例サーボ弁においては、機械油圧変換機構で
あるノズル５５、５６の出力流量を大きくすることによ
り動特性を向上させることができる。しかし、ノズル、
ノズルフラッパ及びオリフィスからなるノズルフラッパ
弁を大きくすると、ノイズ成分も大きくなる。このため
後段の油圧増幅機構であるスプール弁はこのノイズも増
幅し、スプール５９が自励振動する。このようにサーボ
弁の機能が不安定となるため、ノズルフラッパ系を大き
くすることによる動特性の向上には限界があるという問
題があった。

【０００９】また、ノズルフラッパ弁はμｍ単位で寸法
管理されており、作動油中に含まれるフィルタ６１で除
去できなかったゴミで詰まるなどの問題も生じる。

【００１０】さらに、ノズルフラッパ弁は、ノズルフラ
ッパ５４が中立位置にあるときでも、ノズル５５、５６
とノズルフラッパ５４との間に間隙があり、作動油がノ
ズルから流出する。このため常時、エネルギーの損失が
発生しているという問題があった。

【００１１】本発明は、動特性と耐ゴミ性との向上、及
び作動油エネルギー損失の低減を図った電磁比例サーボ
弁を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の電磁比例サーボ
弁は、電気機械変換機構はリニアモータからなり、機械
油圧変換機構は、作動油流入源と作動油排出口との間に
並列に設けられ作動油流入源側にオリフィスを備えた、
第１油圧変換室及び第２油圧変換室と、リニアモータに
連動してスプールがシリンダ内を往復変位し両油圧変換
室の作動油排出口側をそれぞれ開閉制御して両油圧変換
室間にスプールの変位に応じた油圧差を発生させる機械
駆動スプール弁とを有し、油圧増幅機構は、シリンダ内
を油圧駆動スプールが往復変位し油圧駆動スプールの変
位に比例した流量を出力する油圧駆動スプール弁と、油
圧駆動スプールの変位をフィードバックする線形可変差
動変成器とを有し、油圧駆動スプールは、一端に第１油
圧変換室の圧力が導かれ他端に第２油圧変換室の油圧が
導かれ、かかる両油圧の差に応じて変位すること、を特
徴とする。

【００１３】本発明では電気機械変換機構をリニアモー
タとし、この直線運動を機械駆動スプール弁に伝達し
て、機械油圧変換機構を実現する。機械駆動スプール弁
はノズルフラッパ弁においては問題となったノイズ成分
による不安定性を生じないので、その出力流量を大きく
できる。これにより、サーボ弁の動特性を向上する目的
を達成できる。また機械駆動スプール弁は、ノズルフラ
ッパ弁のノズル部分、ノズルとフラッパとの間隙のよう
な微細な流路を有さないので、ゴミ詰まりを起こしにく
い。ノズルフラッパ弁を用いないこととしたため、フィ
ードバックばねも無くなり、その代わりとなる油圧駆動
スプール平衡手段として、可変差動変成器で検出したこ
のスプールの変位をリニアモータの入力制御信号にフィ
ードバックし、このスプール両端の油圧を平衡させる制
御手段を設ける。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態であ
る、電磁比例サーボ弁を説明する。

【００１５】図１は、本発明を実施した電磁比例サーボ
弁の断面構造を示す平面図である。まず電気機械変換機
構を説明する。リニアモータ１内のプランジャー２は、
コイル３に電流を流すと生じる磁界の変化に応じて力を
受け、図の面内において左または右に変位し、板ばね４
によって平衡する。本機構の機能は、プランジャー２と
フラッパ５で接続された機械駆動スプール６を、電気信
号である入力制御信号に応じて変位させることである。

【００１６】次に機械油圧変換機構を説明する。第１油
圧変換室７と第２油圧変換室８の各一端はそれぞれオリ
フィス９、１０を介して作動油流入源であるプレッシャ
ーポートＰｓに接続されている。また各油圧変換室の他
端は機械駆動スプール弁のシリンダに開けられたポート
にそれぞれ接続される。機械駆動スプール弁は作動油排
出口であるリターンポートＰｒも有していて、このポー
トＰｒは機械駆動スプール６の中央に設けられたランド
１１によって開閉される。すなわち、機械駆動スプール
６が、例えば右に変位すると、ポートＰｒは第１油圧変
換室７に対しては開状態となり、一方第２油圧変換室８
に対しては閉状態となる。さて、流体の連続条件により
管を流れる流体の速度は管の断面積に反比例するので、
オリフィスで絞られた流体の流速は増加し、このときの
流体圧力は、ベルヌーイの定理により低下する。よっ
て、両油圧変換室内の油圧は、リターンポートＰｒが開
いているときはプレッシャーポートＰｓに供給される油
圧より低くなるが、リターンポートＰｒが閉じていると
きは、流れが阻止されるのでプレッシャーポートＰｓの
油圧に近くなる。すなわち、両油圧変換室間には、機械
駆動スプール６の変位に応じた油圧差が生じる。

【００１７】油圧増幅機構１２は両油圧変換室間に生じ
た油圧差を増幅する機構である。両油圧変換室の油圧
は、油圧駆動スプール１３の両端１４、１５に導かれ
る。油圧駆動スプール１３はこの油圧差によって変位す
る。油圧駆動スプール１３の一端には、線形可変差動変
成器１６（ＬＶＤＴ：linear variable-difference tra
nsformer）が配置されている。ＬＶＤＴ１６の中の可動
鉄芯１７は油圧駆動スプール１３に連動して変位し、こ
れにより差動トランスのコイル１８のインダクタンスは
変化する。ＬＶＤＴ１６はこのインダクタンスの変化か
ら、油圧駆動スプール１３の変位に比例した電圧信号を
出力する。この電圧信号は、リニアモータ制御器１９を
介して電気機械変換機構への入力制御信号にフィードバ
ックされ、コイル３に流れる電流には、油圧駆動スプー
ル１３を制動するような変化、すなわちプランジャー２
を中心方向に戻し両油圧変換室間の油圧差を０に収束さ
せるような変化が与えられる。これにより、作動油供給
源の供給圧が違ってもその影響を受けることなく、油圧
駆動スプール１３を入力制御信号に応じた所定位置に停
止させることができる。

【００１８】油圧駆動スプール弁のシリンダには、プレ
ッシャーポートＰｓ、リターンポートＰｒ、及びランド
によって開閉制御されるコントロールポートＰ１、Ｐ２
が設けられている。油圧駆動スプール１３が変位する
と、コントロールポートＰ１、Ｐ２がそれぞれプレッシ
ャーポートＰｓ、リターンポートＰｒのいずれかに接続
される。プレッシャーポートＰｓに接続された一方のコ
ントロールポートからは作動油が流出し被制御系に供給
され、リターンポートＰｒに接続された他方のコントロ
ールポートは被制御系から排出される作動油を吸引す
る。それら流量は油圧駆動スプール１３の変位と各コン
トロールポートの開口面積に応じた量であり、機械駆動
スプール弁の出力と比較して大きな出力を得られる。

【００１９】

【発明の効果】本発明の電磁比例サーボ弁によれば、機
械油圧変換機構をスプール弁としたことにより、機械油
圧変換機構の出力流量を安定に大きくすることができ動
特性が向上するという効果と、耐ゴミ性が向上するとい
う効果と、サーボ弁駆動の入力制御信号が０であるとき
には、機械油圧変換機構における作動油エネルギーの損
失がないという効果とが得られる。

【００２０】電気機械変換機構は、スプール弁の直線的
変位に適したリニアモータとした。これにより電気機械
変換機構が、簡単な構成となり、故障が少ない、また生
産コストを低減できるといった効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態に係る電磁比例サーボ弁の
断面構造を示す平面図。

【図２】 従来のノズルフラッパ方式電磁比例サーボ弁
の断面構造を示す平面図。

【符号の説明】

１ リニアモータ、２ プランジャー、３ コイル、４
板ばね、５ フラッパ、６ 機械駆動スプール、９，
１０，５７，５８ オリフィス、１３ 油圧駆動スプー
ル、１６ 線形可変差動変成器、５１ トルクモータ、
５４ ノズルフラッパ、５５、５６ ノズル、５９ ス
プール、６０ フィードバックばね。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気信号に応じた機械的変位を生じる電
   気機械変換機構と、前記機械的変位に応じた油圧力を生
   じる機械油圧変換機構と、前記油圧力を増幅する油圧増
   幅機構と、を備えた電磁比例サーボ弁において、 電気機械変換機構は、リニアモータからなり、 機械油圧変換機構は、 作動油流入源と作動油排出口との間に並列に設けられ、
   作動油流入源側にオリフィスを備えた、第１油圧変換室
   及び第２油圧変換室と、 リニアモータに連動してスプールがシリンダ内を往復変
   位し、両油圧変換室の作動油排出口側をそれぞれ開閉制
   御して両油圧変換室間にスプールの変位に応じた油圧差
   を発生させる機械駆動スプール弁と、 を有し、 油圧増幅機構は、 シリンダ内を油圧駆動スプールが往復変位し、油圧駆動
   スプールの変位に比例した流量を出力する油圧駆動スプ
   ール弁と、 油圧駆動スプールの変位をフィードバックする線形可変
   差動変成器と、 を有し、 油圧駆動スプールは、一端に第１油圧変換室の圧力が導
   かれ、他端に第２油圧変換室の油圧が導かれ、かかる両
   油圧の差に応じて変位すること、 を特徴とする電磁比例サーボ弁。