JPS6224004A - サ−ボ弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 （産業上の利用分野） この発明はサーボ弁に係り、詳しくはピエゾ効果を有す
る圧電素子を備えたり一−ボ弁に関するものである。

（従来の技術） ［ナーボ弁は入）ｊとしての電気信号を油圧に変換する
弁であって、高速な応答を要求されるサーボ機構に適し
ている。

例えばフィードバック方式のサーボ弁では第７図及び第
８図に示すようにトルクモータ３１にあるマグネットコ
イル３２に入力として電流が流れると、アーマデユア３
３に磁気的特性を与え１．同アーマチュア３３は上下磁
極との磁気的関係により入力電流の大ぎさと、極性に対
応して傾動する。

このアーマチュア３３の傾動により、アーマチュア３３
の先端部に設けられたノズルフラッパ３７′Ｉが変位す
る。すると、ノズルフラッパ３４の両側に配置した左右
のノズル３５．３６に対するすき間が変化して両ノズル
３５．３６の背圧が変化するため、この結果、スプール
３７０両端面に作用する油圧が不平衡となりこの油圧の
差によりスプール３７を移動させる。

このとき、ノズルフラッパ３４の先端部に設けられたフ
ィードバックスプリング３８は前記スプール３７の中央
部に係着されているため、前記アーマチュア３３の磁気
的トルクと正反対のｌ〜シルク発生させ、ノズルフラッ
パ３４を中立位置まで引き戻す。同ノズルフラッパ３４
が中立位置に戻ると、左右のノズル３５．３６の背圧は
等しくなりスプール３７はその位置で停止するようにな
っている。このようにサーボ弁のスプール３７は１ヘル
クモータ３１の入力電流の極性と大きさに比例した弁開
度を保つことができるようになっている。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、前記のように従来はノズルフラッパ３４の駆
動にトルクモータ３１を用いているため、入力電流によ
り］イル３２が発熱して消費電力が人さくなる問題があ
り、又、トルクモータ３１て・発生させる１ヘルクを入
力電流に比例させることがむずかしいとともに、１ｌｆ
ｆｉ記アーマヂコア３３及びノズルフラッパ３４の調整
が回能で機差を生じる問題があった。

この発明は前記問題点を解消するためになされたちので
あって、その目的は低消費電力でしかし高速応答ができ
るサーボ弁を提供することを目的としている。

発明の構成 （問題点を解決するための手段） この発明のサーボ弁はノズルフラッパを傾動ｆす能に配
置するとともに傾動方向に変位する圧電素子に対し連係
し、ノズルフラッパの両側方に一対のノズルを対応配置
し、ノズルフラッパの傾動により前記ノズルの背圧を変
化させてスプールを移動させるようにしたものである。

（作用） 前記構成により、圧電素子がピエゾ効果により傾動方向
に変位すると、ノズルフラッパが同圧電素子により駆動
され傾動する。すると、ノズルフラッパの両側方に配置
されたノズルの背圧が変化してスプールが移動する。

（実施例） 以下、この発明をフィードバック方式のサーボ弁に具体
化した？Ｊ１実施例を第１図〜第５図に従って説明する
。

弁本体１の弁孔１ａには四方パイロット弁を構成するス
プール２が左右方向へ摺シ〕可能に配設され、同スプー
ル２が図面において弁孔１ａの左方側位置に１ひ置する
ときには同スプール２を介して供給ボート３ａからシリ
ンダ等に通ずる制御ボート４へ作動油が流れるとともに
、池の制御ボート５から戻りボート６ａへ作動油が流れ
るＪ、うになっている。又、前記スプール２が図面にお
いて弁孔１ａの右方側に位置するときにはスプール２を
介して他の供給ボート３ｂから制御ボート５へ作動油が
流れるどともに、制御ボート４から戻りボート６ｂへ作
動油が流れるようになっている。

前記弁本体１において前記スプール２の上方には一対の
ノズル７．８が互いに相対配置され、同ノズル７．８は
油路１７，１８を介して作動油が尊びかれるようになっ
ている。前記ノズル７．８の後部はパイロット通路９，
１０を介してそれぞれ弁孔１ａの左右両端部に連通され
、スプール２の両端部に前記ノズル７．８の背圧をかけ
る」−うになっている。

弁本体１の上部には駆動部ケース１３が配置されており
、同駆動部ケース１３内には前記両ノズル７．８の中央
部上方に位置するノズルフラッパ１１が上端部にて傾動
可能に回動軸１１ａにて軸支され、同ノズルフラッパ１
１の下端部は常には前記相対する両ノズル７．８の中間
部に対応配置されている。さらに前記ノズルフラッパ１
１の下端部にはフィードバックスプリング１２が取着さ
れ、同フィードバックスプリング１２の下端部は前記ス
プール２の中央部に係着されている。

圧電素子１４．１５は電圧が印加されると、ピエゾ効果
により伸長し、逆電圧が印加されると収縮する素子であ
って、互いに相λ１する内端面がノズルフラッパ１１の
両側面にそれぞれ当接するように配置されている。この
圧電素子１４．１５はノズルフラッパ１１に必要な変位
に応じて取付けるものとし、てこの作用を利用するよう
に前記ノズルフラッパ１１の仝艮の１／３〜１１５の上
部側位置にて配置するのが望ましく、例えばノズルフラ
ッパに必要な変位量が０．２０ｍ１１１．圧電素子１４
．１５の変位量が５０μｍとすると、圧電素子１４．１
５をノズルフラッパ１１の回動軸１１ａからフラッパ１
１の全長の１／４の位置に配置する。

なお、両圧電素子１４．１５は制御装置１６によって、
それぞれ互いに逆電圧が印加されるとともに、その動作
タイミングも制御されるようになっている。又、前記圧
電素子１４．１５の外端部には駆動部ケース１３に螺合
された調節ボルト１４ａ、１５ａが当接され、同調節ボ
ルト１４ａ。

１５ａを螺合調節することにより圧電素子１４゜１５の
位置の微調整が可能になっている。

前記のように構成されたサーボ弁について説明する。

さて、ノズル７．８に通ずる油路１７．１８を介して導
びかれた作動油はノズル７．８を介してノズルフラッパ
１１に圧力をかける。前記ノズルフラッパ１１が中立の
位置にある場合にはノズル７．８の背圧が等しいため、
パイロット通路９゜１０内の圧力も互いに等しく保たれ
、スプール２は移動しない。

今、制御装置１６が圧電素子１４に電圧を印加するとと
もに、圧電素子１５に前記圧電素子１４に印加した電圧
とは逆の電圧を印加する。すると、圧電素子１４が伸長
するとともに圧電素子１５は収縮する。

すると、第２図に示すようにノズルフラッパ１１は前記
圧電素子１４．１５に駆動されて図面の右方に傾動し、
ノズルフラッパ１１の両側に配置した左右のノズル７．
８に対するすき間が変化して両ノズル７．８の背Ｊ工が
変化する。すなわちパイロット通路１０内の圧力がパイ
ロット通路９内の圧力よりも高くなる。その結果、スプ
ール２の両端面に作用する油圧が不平衡となりこの油圧
の差によりスプール２を左方へ移動させる。

このどき、ノズルフラッパ１１の先端部に設けられたフ
ィードバックスプリング１２は前記両圧電素子１４．１
５の発生するトルクと正反対のトルクを発生させ、ノズ
ルフラッパ１１を中立位置まで引き戻す。同ノズルフラ
ッパ１１が中立位置に戻ると、左右のノズル７．８の背
圧は等しくなリスブール２はその位置で停止する。

このスプール２の左方への移動により、第３図に示すよ
うに供給ボート３ａと制御ボート４、及び戻りポー１〜
６ａと制御ポー１〜５とが連通し、同スプール２を介し
て供給ボート３ａから制御ボート４へ作動油が流れると
ともに、制御ポー１へ５から戻りボート６ａへ作動油が
流れる。

次に、制御装置１６が圧電素子１４．１５への電圧の印
加を解除すると、フィードバックスプリング１２により
ノズルフラッパ１１は左方へ傾動する。この結果、パイ
ロット通路９の内の圧力（ノズル７の背圧）はパイロツ
［−通路１０の圧力（ノズル８の背圧）よりも高くなり
、スプール２は右方へのツノを受ける。この圧力差によ
りスプール２が右方へ移動を始めると、フィードバック
スプリング１２により発生するトルクは小さくなり、ス
プール２が中立の位置で１〜ルクはＯとなる。これによ
り第１図に示すようにノズルフラッパ１１も中立の位置
で止まるとともに、パイロブ１〜通路９．１０の圧力ｂ
Ｔｉいに等しくなり、スプール２は元の中立の位置に止
まる。

反対に制御装置１６が前記とは逆の電１■を／Ｉ電素子
１４．１５に対しそれぞれ印加すると、圧電素子１４は
収縮するとともに圧電素子１５は伸長する。すると、第
４図に示すにうに前記とは逆の方向（左方）にノズルフ
ラッパ１１が傾動し、ノズルフラッパ１１の両側に配置
した左右のノズル７．８に対するすき間が変化して両ノ
ズル７．８の背圧が変化するため、すなわちパイロット
通路９内の圧力がパイロット通路１０内の圧力よりも高
くなる。その結果、スプール３７の両端面に作用する油
圧が不平衡となりこの油圧の差にＪ、リスブール２を右
方へ移動させる。

このとき、ノズルフラッパ１１の先端部に設けられたフ
ィードバックスプリング１２は前記両圧電素子１４．１
５の発生するトルクと正反対のトルクを発生させ、ノズ
ルフラッパ１１を中立（σ霞まで引き戻す。同ノズルフ
ラッパ１１が中立位置に戻ると、左Ｇのノズル７．８の
背圧は等しくなりスプール２はその位置で停止づる。

このスプール２の右方への移動により、第５図に示すよ
うに供給ボート３ｂと制御ボー１−５、及び戻りボート
６ｂと制御ボー１へ４とが連通し、同スプール２を介し
て供給ボート３ｂから制御ボート５へ作動油が流れると
ともに、制御ボート４から戻りボート６ｂへ作動油が流
れる。

次に、制御装置１６が圧電素子１４．１５への電圧の印
加を解除すると、フィードバックスプリング１２により
ノズルフラッパ１１はも方へ傾動する。この結果、パイ
ロット通路１０の内の圧力（ノズル８の背圧）はパイロ
ット通路９の圧力くノズル７の背圧）Ｊ：りも高くなり
、スプール２は左方への力を受りる。この圧力差により
スプール２が左方へ移動を始めると、フィードバックス
プリング１２により発生する１ヘルクは小さくなり、ス
プール２が中立の位置でトルクはＯとなる。これにより
第１図に示すようにノズルフラッパ１１も中Ｘ″ｌの位
置で止まるとともに、パイ（コツト通路９．１０の圧力
もｎいに等しくなり、スプール２（よ元の中立の位置に
止まる。

この実施例では調節ポル１〜１４ａ、１５ａが設けられ
ているため、その螺合間を調節するこ、と（こより機差
の調整を容易に行うことができろ。

次に第２実施例を第６図に従って説明づる。

この実施例では前記第１実施例の構成中、ノズルフラッ
パ１１の両側に配置される一方の）「電素子１４を省略
し、その代わりに一端が駆動部ケース１３に取着される
コイルスプリング２０のｆｌ！！　Ｑ”Ａをノズルフラ
ッパ１１に取着し、同コイルスプリング２０にて圧電素
子１５の伸長方向とは反対方向に常時付勢するようにな
っているところのみが異なっている。

従って、この実施例では圧電索子１５の伸長収縮のみで
ノズルフラッパ１１を駆動する。その能の作用は前記実
施例と同様である。

なお、この発明は前記実施例に限定されるものではなく
、他のサーボ弁例えばスプール２の両端部に一対のバネ
を配置したスプリングバランスタイプのものに具体化し
たり、油圧平衡タイプのものに具体化したりする等この
発明の趣旨から逸脱しない範囲で任意に変更することも
可能である。

発明の効果 以上、詳述したようにこの発明はノズルフラッパの駆動
に圧電素子を匝用することから低消費型ツノですみ、発
熱ｍは従来と異なり少なくなる。又、高速応答となり、
トルクモータを使用しなくてもよいため高Ｎ度及び高信
頼性を期待することができる効果を奏し、産業利用上滑
れた発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例を示すサーボ弁の断面図
、第２図は第１図の状態からスプールが左方へ移動して
いる状態の断面図、第３図は同じく第２図の状態からス
プールが弁開度を保持している状態の断面図、第４図は
第１図の状態からスプールが右方へ移動している状態の
断面図、第５図は同じく第４図の状態からスプールが弁
開度を保持している状態の断面図、第６図は第２實施例
の断面図、第７図は従来のｔナーボ弁の断面図、第８図
は同じく第７図の状態からスプールが弁開度を保持して
いる状態の断面図である。 １は弁本体、２はスプール、７，８はノズル、９．１０
はパイ［１ツ１〜通路、１１はノズルフラッパ、１２は
フィードバックスプリング、１４．１５は圧電素子、１
Ｇは制御装置である。 特許出願人　　　株式会社豊田自動織機製作所代　理　
人　　　弁理士　　恩１）　１ｔＶ　ｔ’ｊ：第１図 第６１

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．傾動可能にノズルフラッパを配置し、ノズルフラツ
   パの両側方に一対のノズルを対応配置し、ノズルフラッ
   パの傾動により前記ノズルの背圧を変化させ、両ノズル
   の背圧の差を利用してスプールを移動させるようにした
   サーボ弁において、前記ノズルフラッパに対し傾動方向
   に変位する圧電素子を連係したサーボ弁。
2. ２．圧電素子はノズルフラツパの両側に配置したもので
   ある特許請求の範囲第１項に記載のサーボ弁。
3. ３．圧電素子はノズルフラッパの一側に配置したもので
   ある特許請求の範囲第１項に記載のサーボ弁。
4. ４．圧電素子は、てこの作用を利用するようにノズルフ
   ラッパの側部に当接配置したものである特許請求の範囲
   第２項又は第３項のうちいずれか１項に記載のサーボ弁
   。