JPS5821123B2 - 回転サ−ボ弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は電気流体圧式アクチュエータに適した回転サ
ーボ弁に関し、詳しくは電圧もしくは電流を入力信号と
して、機械的な回転角１位置変位・ないし他の物理量に
変換して出力する回転サーボ弁に関するものである。

従来、電気流体圧式アクチュエータにおいて、最も広く
使用されているものとして、往復動式の電磁プランジャ
とスプール弁とを組み合せたものと、電磁コイルとフラ
ッパ弁とを組み合せ１こものとが存在する。

前者はスプール弁の弁体がスリーブに密嵌されて摺接滑
動するものである力）ら、弁体の運動摩擦力が大きく、
往復動式の電磁プランジャで駆動す□るのに大電流を要
し、かつ変換精度が低下し、微少電流に対する感度およ
び応答性が悪い欠点がある。

ま１こ、弁体の外径の真円度およびスリーブの内径の円
筒度が０．００２ｍｍ以内で、両者の嵌合部における間
隙が０．００４〜０．００７ｍｒｎで、滑動面の粗面度
が０．４Ｓ以内というような通常の機械加工技術の限界
値においてようやく実用性を生じ、また圧力変換媒体も
潤滑油のような潤滑性に富んだ液体を使用することが要
求される。

ま１こ、スリーブ弁の弁体および電磁プランジャの運動
方向が直線的である力１ら、外部振動や衝撃などの影響
を受けやすく、この魚の）らも変換精度上の支障をきた
す。

他方、後者の電磁コイル付きフラッパ弁は強力な弁体の
駆動力が得にくく、大形化が困難で、外部振動の影響を
取り除くことができない。

この発明は上記欠点を改善するために、サーボ弁体とサ
ーボスリーブとの嵌合部を非接触状態にしてサーボ弁体
の運動を行なわせ、小入力信号に対しても高精度、高感
度で、しかも高応答性をもって作動し、構造が簡単なう
えに力計も容易で、外部振動などの影響を受けることの
ない回転サーボ弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、この発明は、サプライ・ポ
ート。

メイン・ポートおよびドレン・ポートを周まわりに穿設
した円筒内周面を有するサーボ・スリーブにサーボ弁体
を回転自在に嵌合して、このサーボ。

弁体の回転軸を軸受で軸支するとともに、上記回転サー
ボ弁体の外周面を切欠して、このサーボ弁体に、上記サ
プライ・ポートとドレン・ポートにそれぞれ連通するサ
プライ室およびドレン室と、常時はメ、イン・ポートを
閉塞するサプライ・ラン。

ドと、上記サプライ室とドレン室間を遮断するメイン・
シール・ランドとを形成し、上記サプライポートを高圧
流体供給源に、メインポートをこのメインポートからの
高圧流体を受けて作動する出力装置に、ドレンポートを
流体貯留タンクにそれ、それ接続し、さらに、上記サー
ボ弁体の回転軸を、入力装置および出力装置に連結し、
上記入力装置からその入力信号の大きさに比例して−の
方向へ回転力を受けるとともに、上記出力装置からその
変位量に比例して他の方向へ回転力を受けるよう。

に構成することにより、サーボ弁体を回転式として、こ
のサーボ弁体とサーボスリーブとの嵌合部を非接触状態
にさせるとともに、外部振動などの影響を断ち切り、上
記嵌合部の必要な加工精度を低下させ、力）つ、サーボ
スリーブを単純な固定式・とすることを可能にしている
。

以下、この発明の実施例を図面にしたがって説明する。

第１図はこの発明に係る回転サーボ弁を具備した電気流
体圧式アクチュエータの概略的な斜視図で、同図におい
て、回転サーボ弁１は円筒形内周面をもったサーボ・ス
リーブ２内に弁体３が回転自在に嵌合され、その回転軸
４，５を第３図に示すようにサーボ・スリーブ２に内嵌
された上部軸受６および下部軸受７で回転自在に軸支し
て構成されている。

回転サーボ弁体３は十字形の横断面を有するように形成
され、サプライ・ランド８゜メイン・シール・ランド９
、バランス・ランド１０およびバランス・シールランド
１１を具備している。

また、サーボ・スリーブ２はアクチュエータ本体（図示
せず）に不動に固定され、第２図に明瞭に示すようにサ
プライ・ポート１２、メイン・ポート１３、バランス・
ポート１４およびドレン・ポート１５を有し、回転サー
ボ弁体３のサプライ・ランド８とバランス・ランド１０
とでメイン・ポート１３とバランス・ポート１４を閉塞
するように、これら各ランド８．１０と各ポート１３．
１４とが常時は対向配設され、メイン・シール・ランド
９はサプライ・ポート１２とドレン・ポート１５きの連
通を遮断している。

さらに、バランス・ランド１１の左右の切欠凹所１６．
１７のうち、一方の凹所１６はドレン・ポート１５に対
向するドレン室１８にドレン・バランス連通孔１９を介
して連通されてドレン・バランス室を形成し、他方の凹
所１７はサプライ・ポート１２に対向するサプライ室２
０にサプライ・バランス連通孔２１を介して連通されて
サプライ・バランス室を形成している（第２図参照）。

サプライ・ポート１２は配管２２を介して圧力変換媒体
タンク、１ことえは油タンク２３力）ら高圧流体供給源
である加圧ポンプ２４で昇圧された圧油ａがフィルタ２
５を通ったのち供給され、他方、ドレン・ポート１５の
１らの降圧された油すは配管２６を通って油タンク２３
に還流される。

ま１こ、メイン・ポート１３とバランス・ポート１４は
配管２７，２８．２９を介して往復動ピストン３０を嵌
挿し１こシリンダ３１の一方のシリンダ室３２に連通さ
れ、他方のシリンダ室３３は配管３４を介してサプライ
・ポート１２と連通する配管２２に連結されている。

往復動ピストン３０のピストン・ロッド３５はリンク機
構３６を介して軸受３７．３８に軸支された回転出力軸
３９に連結されている。

上記３０〜３９が出力装置を構成する。４０は回転サー
ボ弁体３の回転軸４に放射方向へ突設され１こトルク・
アームで、このトルク・アーム４０の自由端部には電気
入力信号Ｃを受ける励磁コイル４１が電気絶縁を保って
装着され、このコイル４１が励磁され１こ際、このコイ
ル４１に内嵌された鉄片、永久磁石などの強磁性体４２
きの間に電磁反力もしくは吸引力を生起させて回転サー
ボ弁体３を軸まわりに−の方向へ回転駆動する。

上記４０〜４２が入力装置を構成する。４３．４４は回
転サーボ弁体３を第２図のバランス位置に常時保持する
ようにばね力を付勢する１対のバランス・スプリングで
、これらスプリング４３．４４の内端は回転サーボ弁体
３の回転軸４に突設され１こフィードバック・アーム４
５の一方の自由端に固定され、外端は固定片４６．４７
に固定されている。

また、フィードバック・アーム４５の他方の自由端々回
転出力軸３９きの間にはフィードバック・スプリング４
８が張設されている。

上記スプリング４８を介して、回転軸４は後述するよう
に、上記−の方向と反対の他の方向へ回転駆動される。

なお、上記フィードバック・アーム４５はトルク・アー
ム４０と１体に形成されて、両アーム４０．４５を互に
兼備するようにしてもよく、またこの実施例において、
バランス・スプリング４３．４４は直流電気入力信号Ｃ
を励磁コイル４２に印加するための電路４９の一部を形
成している力）ら、これらスプリング４３．４４はアー
ム４５など力）ら電気的に絶縁保持すべきこさは言うま
でもない。

つぎに、上記構成の作動について説明する。

いま、第１図および第２図に示すような回転サーボ弁１
のバランス状態において、直流電気入力信号Ｃが電路４
９を通って励磁コイル４１に印加されて励磁されると、
その電磁反力もしくは電磁吸引力でトルク・アーム４０
が回動されて、回転サーボ弁体３をその回転軸４，５と
１体に回転軸まわりに−の方向、すなわち時計方向（矢
印Ａ方向）へ回動させる。

この回動で、これまで上記弁体３のサプライ・ランド８
およびバランス・ランド１０によって閉塞されていたメ
イン・ポート１３およびバランス・ポート１４は開放さ
れる。

メイン・ポート１３の開放で加圧ポンプ２４力）らの圧
油ａが配管２２、サプライ・ポート１２、サプライ室２
０、メイン・ポート１３および配管２７．２９を通って
一方のシリンダ室３２に供給される。

ところで、他方のシリンダ室３３にも配管３４を通って
圧油ａが供給されているから、ピストン３０の両面３０
ａ。

３０ｂに働らく油圧力Ｐ１．Ｐ２は等しいが、一方の受
圧面３０ａの受圧面積Ｓ１は他方の受圧面３０ｂの受圧
面積Ｓ２よりもピストン・ロッド３５の横断面積分だけ
小さい力）ら、ピストン３０はピストン・ロッド３５の
突出方向（矢印り方向）へ軸移動し、出力軸３９を反時
計方向（矢印Ｅ方向）へ回動させる。

この回動で、フィードバック・スプリング４８が引き伸
ばされて、その引張力が増大し、フィードバック・アー
ム４５を介して回転サーボ弁体３が回転軸４，５と１体
に他の方向、すなわち反時計方向（矢印Ｂ方向）へ回動
される。

この回転サーボ弁体３および出力軸３９の反時計方向（
矢印Ｂ、Ｅ方向）回動は励磁コイル４１によって回転軸
４を時計方向（矢印Ａ方向）へ回動させようとする回転
トルクＴ１と、上記スプリング４８の増加引張力にもと
づき回転軸４を反時計方向（矢印Ｂ方向）へ回動させよ
うとする回転トルクＴ２とが等しくなるまで持続され、
両トルクＴ１（ｌ！：Ｔ２が等しくなつ１ことき、回転
サーボ弁体３は第２図に示すようなバランス状態に復帰
して、メイン・ポート１３およびバランス・ポート１４
が再び閉塞され、ピストン３０の移動が停止し、これに
よって出力軸３９は新らたな中立位置で停止する。

すなわち、出力軸３９の回動をたとえば指針５０によっ
て指示させれば、目盛盤５１上のＸ１目盛力）らＸ２目
盛まで移動して静止する。

上述から明らかなように、この発明に係るサーボ弁１は
サーボ・スリーブ２内を軸まわりに回転するサーボ弁体
３を内蔵し１こものであり、サーボ弁体３の回転軸４，
５を軸受６，７で軸支している乃）ら、サーボ弁体３と
サーボ・スリーブ２とをその嵌合部に２いて無接触で力
）つ一定の間隙をもって配設することができ、従来の往
復動式のサーボ弁体に比較して運動摩擦力が激減し、回
転サーボ弁体３の運動がきわめて軽くなり、電気入力信
号Ｃに対する出力軸３９の回転変位が高精度かつ高感度
になされ、応答性も向上する。

ま１こ、回転サーボ弁体３の回転トルクＴ１はアーム４
０の腕長を長尺にすることによって、ま１こ励磁コイル
４１の設定数を増すことによって、小さな電気入力信号
Ｃであっても十分に増大させることができ、この魚の）
らも高感度化などに適している。

さらに、上記サーボ・スリーブ２さサーボ弁体３との嵌
合間隙を大きくとれることによって、高精度な加工が要
求されず、製造が容易力）つ安価となる。

なお、この場合に漏洩する圧油はポンプ２４から補給す
ることによって何ら支障をき１こすことがない。

たとえば、回転サーボ弁体３の外径約１０ｍｒＩＬ１サ
ーボ・スリーブ２との間隙０．０１〜０．０５もしくは
０．１闘、励磁コイル４１を１個の場合において、第１
図の出力軸３９の回転角度範囲が３５°のものに対し、
油圧２〜１０ｋｇ／ｉ、電気入力信号０〜１００ ｍＡ
の範囲にわたって、出力軸の回転角は±０．４°の精度
であった。

また、サプライ室２０は連通孔２１を通ってサプライ・
バランス室１７と、ドレン室１８は連通孔１９を通って
ドレン・バランス室１６とそれぞれ連通されて、各室１
６．１７，１８．２０に働らく油圧力が回転サーボ弁体
３の軸まわりに相互に打ち消し合って作用し、軸受６，
７に働らく荷重を軽減しているので、サーボ弁体３の回
転は一層軽くかつ滑らかである。

勿論、上記各バランス室１６．１７および連通孔１９．
２１を省略してもよいし、サプライバランス室１７およ
び連通孔２１の有無にかかわらず、バランスポート１４
およびその配管２８を省略してもよい。

さらに、回転サーボ弁体３は回転軸まわりの偶力のみが
弁開閉を支配するものであり、このような偶力は人為的
に作る以外にはきわめてまれに発生するものであるから
、外部振動や衝撃力の影響を受けにくい。

ま１こ、フィードバックをかける機構として、出力軸３
９とサーボスリーブ２を連結し、出力軸３９の回転変位
量に応じてサーボスリーブ２を回転させ、回転サーボ弁
体３とサーボスリーブ２との相対位置を第２図に示す元
の状態に復帰させることも考えられるが、こうすると上
記サーボスリーブ°２をも回転可能にする必要が生じ、
構造が複雑化する。

これに対し、この発明では、出力軸３９と回転軸４を連
結し、出力軸３９の回転力によってフィードバックを力
）けている力）ら、サーボスリーブ２を固定しておくこ
とができ、構造が簡略化される利点がある。

なお、上記実施例においては、圧力変換媒体として油を
用いてい１こが、これは他の液体や気体であってもよく
、出力も回転に限られず、直線運動などの他の運動変位
で取り出されてもよい。

また、直動ピストン３０は第４図のように回転ピストン
３０′に替えて、そのピストン・ロッド（図示せず）を
出力軸に兼備させるなどの変形構造を採用することもで
きる。

なお、第４図において、５０はドレン配管で、その他、
第２図と同一部分には同一番号を付して詳しい説明を省
略する。

この発明は以上詳述したように、サーボ弁体を回転式に
構成することにより、サーボ・スリーブとの運動摩擦抵
抗を激減させ、これにより高感度・高精度で入力を位置
変位出力に変換することができ、才１こ外部振動ないし
衝撃に影響を受けにくく、力）つ、高精度な加工が要求
されない回転サーボ弁を提供することができる。

さらに、サーボ弁体の回転軸に入力装置および出力装置
を連結し、これら装置により回転軸に回転力を与ノてフ
ィードバックを力）けているので、サーボスリーブを固
定式とすることができ、構造が簡略化される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る回転サーボ弁を具備した電気流
体圧式アクチュエータの概略斜視図、第２図は同アクチ
ュエータの圧力流体の流路系統図、第３図は上記回転サ
ーボ弁の縦断面図、第４図は変形された同アクチュエー
タの圧力流体の流路系統図ある。 １・・・・・・回転サーボ弁、２・・・・・・サーボ・
スリーブ、３・・・・・・回転サーボ弁体、４，５・・
・・・・回転軸、６゜７・・・・・・軸受、８・・・・
・・サプライ・ランド、９・・・・・・メイン・シール
・ランド、１０・・・・・・バランス・ランド、１１・
・・・・・バランス・シール・ランド、１２・・・・・
・サプライ・ポート、１３・・・・・・メイン・ポート
、１４・・・・・・バランス・ポート、１５・・・・・
・ドレン・ポート、１６・・・・・・ドレン・バランス
室、１７・・・・・・サプライ・バランス室、１８・・
・・・・ドレン室、１９・・・・・・ドレン・バランス
連通孔、２０・°°°°°サプライ室、２１・・・・・
・サプライ・バランス連通孔、２３・・・・・・流体貯
留タンク、２４・・・・・・高圧流体供給源、３０〜３
９・・・・・・出力装置、４０〜４２・・・・・・入力
装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ サプライ・ポート、メイン・ポートおよびドレン・
   ポートを周まわりに穿設しｆこ円筒内周面を有するサー
   ボ・スリーブにサーボ弁体を回転自在に嵌合して、この
   サーボ弁体の回転軸を軸受で軸支するとともに、上記回
   転サーボ弁体の外周面を切欠して、このサーボ弁体に、
   上記サプライ・ポートとドレン・ポートにそれぞれ連通
   するサプライ室およびドレン室と、常時はメイン・ポー
   トを閉塞するサプライ・ランドと、上記サプライ室とド
   レン室間を遮断するメイン・シール・ランドとを形成し
   、上記サプライポートは高圧流体供給源に、メインポー
   トはこのメインポートからの高圧流体を受けて作動する
   出力装置に、ドレンポートは流体貯留タンクにそれぞれ
   接続され、さらに、上記サーボ弁体の回転軸は、入力装
   置および出力装置に連結され、上記入力装置力）らその
   人力信号の大きさに比例して−の方向へ回転力を受ける
   とともに、上記出力装置力）らその変位量に比例して他
   の方向へ回転力を受けるように構成されてなる回転サー
   ボ弁。 ２ サプライ室とドレン室に対向してこれら各室にそれ
   ぞれ連通孔を通って連通するサプライ・バランス室およ
   びドレン・バランス室を回転サーボ弁体の外周面に形成
   し、力）つ上記ドレン室とサプライ・バランス室との間
   に形成されるバランス・ランドで常時は閉塞されるバラ
   ンス・ポートをサーボ・スリーブに形成してなる特許請
   求の範囲第１項記載の回転サーボ弁。 ３ 人力装置は、回転サーボ弁体の回転軸に放射方向へ
   突設されたトルク・アームと、このアームの自由端部に
   電気入力信号で励磁されて上記サーボ弁体を回転駆動す
   る電磁変換手段とを有してなる特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載の回転サーボ弁。