JP2000009244A - 流量制御弁のスプール制御装置及び圧力制御弁の弁棒制御装置並びに油圧制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 取付け方向に応じて制御電流を調整する必要
がなく、高精度なスプール制御を行うことができる圧力
制御弁の弁棒制御装置を提供する。 【解決手段】 リモコン弁13から出力される制御圧によ
って切換動作する方向制御弁11と、制御圧を制御するリ
リーフ弁18と、方向制御弁により制御されるアクチュエ
ータ10と、該アクチュエータのストローク量を検出する
ストロークセンサ20と、ストローク量に応じてリリーフ
弁18を制御するコントローラ19とを有し、リリーフ弁18
は、その弁棒の一方軸端部に直線往復運動を行う機械運
動機構2bを備え、コントローラ19によって回転制御され
るステップモータ5を介し制御されるように構成されて
いることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流量制御弁、圧力
制御弁等に適用されるスプール制御装置、弁棒制御装置
並びに油圧制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、コイルの磁界による吸引力を利用
してソレノイドのスプール位置を制御するスライドスプ
ール形弁が使用されている。この種の弁においては、ス
プール移動方向の端部にソレノイドを配置しており、こ
のソレノイドは、リミットスイッチや圧力センサ等から
出力される電気信号に基づき、コントローラを介して動
作するようになっている。

【０００３】詳しくは、例えば方向制御に使用されるス
ライドスプール弁においてソレノイドに通電されていな
い状態では図５(ａ)に示すように、スプール５０は右側
及び左側スプリングの付勢力によって中央位置に保持さ
れている。

【０００４】ソレノイド５１，５２の一方側、例えば左
側ソレノイド５１が通電されると、同図(ｂ)に示すよう
に、固定鉄心５１ａのコイルが励磁され、可動鉄心５１
ｂが吸引される。その力でプランジャ５０ａが右側スプ
リングの付勢力に抗して右方向に移動し、それによって
スプール５０が中立位置から右側に移動し、スライドス
プール形弁は同図(ｃ)に示すイ位置に切り換わる。すな
わち、ポートＰとポートＢ、及びポートＡとポートＲが
それぞれ連通する。なお、ロ側に切り換える場合にはソ
レノイド５２に通電されることになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
スライドスプール形弁では、磁界の強弱によってスプー
ルの位置制御を行うようになっており、その磁界の強弱
は比例弁に与える制御電流の大小によって決まるため、
結果としてスプールの位置制御は制御電流を増減させる
ことによって行われることになる。従って、この種のス
プール形弁を垂直に設置した場合には水平に設置した場
合よりもスプールの重み分だけ制御電流を大きくしなけ
れば正確な比例動作が得られない。従って、スプール形
弁に与える制御電流を調整する必要があることから取り
扱いが難しくなるという問題がある。

【０００６】また、この種のスプール形弁では、制御電
流と比例弁二次圧とが比例するように設計されている
が、磁界を利用するものであるためスプール弁毎に特性
上の誤差が含まれ、制御の精度が低下するという問題も
ある。

【０００７】さらにまた、電磁比例弁におけるスプール
は制御電流の大小に応じてスムーズに移動することが要
求されるため、スプール移動開始時の静摩擦を解消する
ことを目的として制御電流にディザ電流が加えられる。
すなわち、ディザ電流を加えて常にスプールを振動さ
せ、動摩擦のみしか発生しない状態にしてスプールの移
動を円滑にしている。ところが、このディザ電流を加え
ることによって比例弁二次圧に脈動が生じ、ハンチング
の原因になるという問題もある。

【０００８】本発明は以上のような従来のスプール形弁
における課題を考慮してなされたものであり、取付け方
向に応じて制御電流を調整する必要がなく、脈動をなく
して高精度なスプール制御を行うことができる流量制御
弁のスプール制御装置及び圧力制御弁の弁棒制御装置並
びに油圧制御装置を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の流量制御弁のス
プール制御装置は、回転角の制御が可能な駆動モータ
と、該駆動モータに対して回転角を指令する制御手段
と、駆動モータの回転を直線往復運動に変える機械運動
機構とを有し、スプール形弁のスプールの一方軸端部に
機械運動機構を接続してなることを要旨とする。

【００１０】本発明の圧力制御弁の弁棒制御装置は、回
転角の制御が可能な駆動モータと、該駆動モータに対し
て回転角を指令する制御手段と、駆動モータの回転を直
線往復運動に変える機械運動機構とを有し、圧力制御弁
の弁棒の一方軸端部に機械運動機構を接続してなること
を要旨とする。

【００１１】上記機械運動機構は、駆動モータの回転軸
に固定されたピニオンと、スプールの一方軸端部に形成
されピニオンと歯合するラックとから構成することが好
ましい。

【００１２】上記スプール制御装置または弁棒制御装置
は、垂直方向に配置された流量制御弁または圧力制御弁
に適用することが好ましい。

【００１３】また、本発明の油圧制御装置は、アクチュ
エータを操作するためのリモコン弁と、該リモコン弁か
ら出力されるパイロット圧によって切換動作する方向制
御弁と、リモコン弁と方向制御弁とを接続しているパイ
ロットラインに接続されるリリーフ弁と、方向制御弁に
より流量と方向が制御された圧油を受けて動作するアク
チュエータと、該アクチュエータの変位量を検出する検
出手段と、リリーフ弁の弁棒の一方軸端部に接続され、
駆動モータの回転を直線往復運動に変える機械運動機構
と、検出手段によって検出された変位量に応じて駆動モ
ータの回転量を制御し、機械運動機構を介してスプール
の位置を制御する制御手段と、を備えてなることを要旨
とする。

【００１４】上記油圧制御装置における制御手段は、弁
棒の位置を制御することにより弁座を閉じているスプリ
ングの付勢力を変化させ、リリーフ弁の設定圧を制御す
るように構成することが好ましい。また、機械運動機構
は、駆動モータの回転軸に固定されたピニオンと、スラ
イドスプールの一方軸端部に形成されピニオンと歯合す
るラックとから構成することが好ましい。上記油圧制御
装置は、垂直方向に配置されたリリーフ弁に適用するこ
とが好ましい。

【００１５】本発明の流量制御弁のスプール制御装置及
び圧力制御弁の弁棒制御装置に従えば、制御手段が駆動
モータに対して回転角を指令すると、駆動モータは指令
された回転角分について回転し、機械運動機構は回転運
動を直線運動に変えてスライドスプールまたは弁棒の軸
端に伝達する。それにより、駆動モータの回転角によっ
てスライドスプールまたは弁棒の位置が機械的に制御さ
れるため、スライドスプールまたは弁棒の重さを考慮し
て制御電流を調整する必要がなく、常にスライドスプー
ルまたは弁棒を正確に制御することができる。

【００１６】本発明の油圧制御装置に従えば、リモコン
弁を操作することによってアクチュエータを動作させる
と、アクチュエータの変位量としての例えばストローク
量が検出手段によって検出され、制御手段は、その検出
されたストローク量が例えばストロークエンドに近い値
になると、駆動モータを介して機械運動機構を動作さ
せ、リリーフ弁の弁棒を機械的に開弁方向に移動させ
る。それにより、アクチュエータのシリンダロッドをス
トロークエンドで正確に停止させることができる。な
お、この場合の駆動モータのトルクは、スプール作動力
に重力の影響分を加えた以上のトルクで動作するものと
する。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面に示した好ましい実施
の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は、本
発明に係る流量制御弁のスプール制御装置を示したもの
である。同図において、１は可変容量形油圧ポンプ（以
下油圧ポンプと略称する）であり、流量制御弁としての
コントロールバルブ２を介して油圧シリンダ３に接続さ
れている。

【００１８】コントロールバルブ２はその内部に流路を
切り換えるためのスライドスプールを有し、油圧ポンプ
１と連通するプレッシャーポートＰ、油圧シリンダ３の
ロッド側と連通するポートＡ、油圧シリンダ３のヘッド
側と連通するポートＢ及び作動油タンクＴと連通する戻
りポートＲの４ポートを備えている。

【００１９】また、このコントロールバルブ２はスライ
ドスプール２ａが中央に位置するときに全ポートが遮断
されるいわゆるブロックセンタ形であり、コントローラ
６から指令が出力されていない時には右側及び左側スプ
リングの付勢力によって中央位置に保持されている。

【００２０】スプール２ａにおける一方側の軸２ａ´は
スプール２ａの軸心上に（図１では上向き方向に）延設
されており、延設された軸の端部にラック２ｂが設けら
れている。４はラック２ｂと歯合するピニオンであり、
このピニオン４はステップモータ５の回転軸に固定され
ている。上記ラック２ｂ及びピニオン４は、後述するス
テップモータ５の回転を直線往復運動に変える機械運動
機構とみなすことができる。

【００２１】駆動モータとしてのステップモータ５は、
マイクロコンピュータによって構成されるコントローラ
６から出力されるパルス信号によって正回転方向または
逆回転方向に駆動制御されるようになっており、パルス
の数に応じてピニオン４の回転角が制御されるようにな
っている。上記コントローラ６は駆動モータ５に対して
回転角を指令する制御手段とみなすことができる。

【００２２】また、コントローラ６には例えばポテンシ
ョメータ７を介して操作レバー８を接続することができ
る。このような構成において、ポテンショメータ７は操
作レバー８の操作深さに比例して抵抗値が変化する。従
って、その抵抗値の変化で操作レバー７の操作量を検出
することができる。一方、抵抗値の変化を監視している
コントローラ６は、ポテンショメータ７を介して検出さ
れた操作量に応じた数のパルスを生成し、ステップモー
タ５に出力するようになっている。

【００２３】詳しくは、コントローラ６のＲＯＭ（図示
しない）には、操作レバー８のＡ方向またはＢ方向操作
に応じてラック２ｂがＡ１方向またはＢ１方向に往復直
線運動することができるように、ポテンショメータ７の
抵抗値とステップモータ５に出力するパルス数とが予め
対応づけて記憶されている。そして、コントローラ６
は、操作レバー８の操作によって変化する抵抗値に対応
するパルス数を常時ＲＯＭから読み出し、ステップモー
タ５に与えるようになっている。

【００２４】次に、上記構成を有する流量制御弁のスプ
ール制御装置の動作について説明する。

【００２５】操作レバー８をＡ方向に押すと、コントロ
ーラ６はピニオン４をＡ２方向に回転させ、ラック２ｂ
を所定量引き上げる。ラック２ｂの上昇に伴ってスプー
ル２ａが上昇すると、ポートＰからポートＢに圧油が流
れ、油圧シリンダ３のロッド３ａが繰り出される。一
方、操作レバー８をＢ方向に引くと、コントローラ６は
ピニオン４をＢ２方向に回転させ、ラック２ｂを所定量
下げる。ラック２ｂの下降に伴ってスプール２ａが下が
ると、ポートＰからポートＡに作動油が流れ、ロッド３
ａが格納される。

【００２６】上記スプール２ａの動作において、コイル
の磁界による吸引力によってスプール位置を制御する従
来の構成では、本実施形態のようにコントロールバルブ
２を垂直に配置した際に、重力の影響を考慮して制御電
流量を変えなければならないという問題があったが、本
実施形態によれば、スプール２ａから延設された軸端に
ラック２ｂを設け、そのラック２ｂをピニオン４と歯合
させて機械的にスプール位置を制御しているため、コン
トロールバルブ２を垂直方向に配置しても制御電流を調
整する必要がない。

【００２７】図２（ａ）は従来の電磁比例弁において、
制御電流とスプール位置（比例弁二次圧）の関係を示し
たものである。同図において、各特性Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃は
個体誤差によって傾きが異なっている。従って、高精度
の制御は困難である。

【００２８】これに対し、図２（ｂ）は本発明に係るス
テップモータ５のステップ数とスプール位置（比例弁二
次圧）ｔの関係を示したものである。同図において、ラ
ック２ｂをピニオン４と歯合させる構成では、バックラ
ッシュによってスプール上昇時とスプール下降時におい
てオフセットが生じるが、上昇動作または下降動作の制
御領域についてはステップ数とスプール位置とが完全に
線形となるため、スプールの位置を高精度に制御するこ
とができる。

【００２９】図３はスプール制御装置の他の実施形態を
示したものである。なお、以下の説明において図１と同
じ構成要素については同一符号を付してその説明を省略
する。

【００３０】同図において、５は駆動モータとしてのス
テップモータであり、ステップモータ５の回転を直線往
復運動に変える機械運動機構は、ステップモータ５の回
転軸５ａに固定された回転体２ｃと、その回転体２ｃの
表面に形成された溝２ｄ内に転子２ｅを嵌合させた状態
で往復移動する軸２ｆとから構成され、その軸２ｆはス
プール２ａの一方端から延設されたものである。この構
成では、回転体２ｃが１回転するときに軸２ｆは１回往
復直線運動する。それにより、スプール２ａをポートＰ
とポートＢの連通位置から、ポートＰとポートＡの連通
位置に切り換えることができる。

【００３１】この構成によればステップモータ５を正回
転及び逆回転方向に回転制御させる必要がないため、制
御が簡単になるという利点がある。

【００３２】また、図４は、油圧制御装置のパイロット
ラインに設けられているリリーフ弁制御に本発明を適用
した場合の実施形態を示したものである。

【００３３】同図において、油圧シリンダ１０はコント
ロールバルブ１１により方向と流量が制御された圧油を
受けて伸縮動作するようになっており、その圧油は油圧
ポンプ１２から吐出される。また、コントロールバルブ
１１は、リモコン弁１３から導出されるパイロット圧を
受けて制御されるようになっており、そのパイロット圧
はパイロットポンプ１４から吐出される。なお、１５，
１６は、コントロールバルブ１１及びリモコン弁１３の
一次圧をそれぞれ制御するリリーフ弁である。

【００３４】油圧シリンダ１０のロッド１０ａを伸張す
る（図中Ｃ方向に）ための制御用パイロットライン１７
にはリリーフ弁１８が接続されている。

【００３５】このリリーフ弁１８は、従来のリリーフ弁
と同様に、制御用パイロットライン１７の圧力が設定圧
力以上になるとリリーフ弁Ｐ→Ｔに流れ、設定した一定
圧力を保持するものであるが、リリーフ弁１８の弁棒１
８ａの位置を昇降させることにより、スプリング１８ｂ
の付勢力を調整し、設定圧力を制御することができるよ
うになっている。

【００３６】スプール１８ａの上側軸端にはスプリング
受け１８ｃを介して軸が延設（図４では上向き方向）さ
れており、延設された軸の端部にラック２ｂが設けられ
ている。４はラック２ｂと歯合するピニオンであり、こ
のピニオン４はステップモータ５の回転軸に固定されて
いる。上記ラック２ｂ及びピニオン４は機械運動機構と
みなすことができる。

【００３７】駆動モータとしてのステップモータ５は、
マイクロコンピュータによって構成されるコントローラ
１９から出力されるパルス信号によって正回転方向また
は逆回転方向に駆動制御されるようになっており、パル
スの数に応じてピニオン４の回転角が制御されるように
なっている。上記コントローラ１９は後述するストロー
クセンサによって検出されたストローク量に応じてリリ
ーフ弁１８を制御する制御手段とみなすことができる。

【００３８】コントローラ１９には検出手段としてのス
トロークセンサ２０が接続されている。ストロークセン
サ２０は、例えば直線摺動ポテンショメータから構成さ
れ、ロッド１０ａの伸張に応じて出力電圧が変化するよ
うになっている。従って、その電圧変化によってロッド
１０ａの伸張量を検出することができる。

【００３９】上記の構成により、リモコン弁１３にて油
圧シリンダ１０を伸張操作するとき、コントローラ１９
はストロークセンサ２０から出力される電圧を監視する
ことによりロッド１０ａの伸張量を検出し、予め指定さ
れた伸張量でロッド１０ａの伸張が停止するようにステ
ップモータ５を制御する。

【００４０】すなわち、ロッド１０ａがストロークエン
ドに近づくにつれてコントローラ１９は、ステップモー
タ５の回転角を増加させラック２ｂを上昇させる。それ
により、スプリング１８ｂの付勢力が徐々に減少し、ロ
ッド１０ａがストロークエンド近傍に移動して回路圧が
高まると、制御用パイロットライン１７のパイロット圧
は直ちにリリーフ弁１８からリリーフされる。

【００４１】このように、本実施形態ではリリーフ弁１
８のリリーフ圧が高精度に制御されるため、ロッド１０
ａを正確にストロークエンドで停止させることが可能に
なる。

【００４２】また、本発明においては、コントローラ６
の処理をマイコン制御で行っているため、プログラムを
追加することにより、上記実施形態の他、所望のスプー
ル制御または弁制御を行うことができる。

【００４３】なお、本発明の機械運動機構は、上記実施
形態に示した構成に限らず、駆動モータの回転を直線往
復運動に変えることができるものであれば、任意の機械
運動機構を利用することができる。

【００４４】また、本発明の検出手段は、上記実施形態
に示すポテンショメータに限らず、操作量を電気的に検
出することができるものであれば、任意の検出手段を使
用することができる。

【００４５】また、本発明のアクチュエータは、上記実
施形態では油圧シリンダで構成したが、これに限らず、
油圧モータで構成することもできる。この場合、検出手
段は、回転角を検出することになる。

【００４６】また、本発明における圧力制御弁は、上記
実施形態に示したリリーフ弁に限らず、アンロード弁、
減圧弁、シーケンス弁、カウンタバランス弁等の圧力制
御弁にも適用することができる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明の流量制御弁のスプール制御装置及び圧力制御弁
の弁棒制御装置によれば、弁の取り付け方向に応じて制
御電流を調整する必要がなく、また、脈動をなくして高
精度なスプール制御または弁棒制御を行うことができる
という長所を有する。また、制御電流に対してスプール
または弁棒の移動を線形に制御することができるため、
流量制御弁または圧力制御弁の制御精度を高めることが
できる。

【００４８】本発明の油圧制御装置によれば、リリーフ
弁のリリーフ圧を高精度に制御することができるため、
例えば油圧シリンダをストロークエンドで正確に停止さ
せる等、アクチュエータを正確に制御することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る流量制御弁のスプール制御装置の
第一の実施形態を示す油圧回路図である。

【図２】本発明によるスプール位置制御を従来例と対比
させて示すグラフである。

【図３】本発明に係るスプール制御装置の第二の実施形
態を示す油圧回路図である。

【図４】本発明に係る油圧制御装置の実施形態を示す油
圧回路図である。

【図５】従来のスプール制御を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 主ポンプ ２ コントロールバルブ ２ａ スプール ２ｂ ラック ３ 油圧シリンダ ４ ピニオン ５ ステップモータ ６ コントローラ ７ ポテンショメータ ８ 操作レバー

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転角の制御が可能な駆動モータと、 該駆動モータに対して回転角を指令する制御手段と、 前記駆動モータの回転を直線往復運動に変える機械運動
   機構とを有し、 スプール形弁のスプールの一方軸端部に前記機械運動機
   構を接続してなることを特徴とする流量制御弁のスプー
   ル制御装置。
2. 【請求項２】 前記機械運動機構が、前記駆動モータの
   回転軸に固定されたピニオンと、前記スプールの一方軸
   端部に形成され前記ピニオンと歯合するラックとから構
   成される請求項１記載のスプール制御装置。
3. 【請求項３】 前記流量制御弁が垂直方向に配置されて
   いる請求項１または２に記載のスプール制御装置。
4. 【請求項４】 回転角の制御が可能な駆動モータと、 該駆動モータに対して回転角を指令する制御手段と、 前記駆動モータの回転を直線往復運動に変える機械運動
   機構とを有し、 圧力制御弁の弁棒の一方軸端部に前記機械運動機構を接
   続してなることを特徴とする圧力制御弁の弁棒制御装
   置。
5. 【請求項５】 前記機械運動機構が、前記駆動モータの
   回転軸に固定されたピニオンと、前記弁棒の一方軸端部
   に形成され前記ピニオンと歯合するラックとから構成さ
   れる請求項４記載の弁棒制御装置。
6. 【請求項６】 前記圧力制御弁が垂直方向に配置されて
   いる請求項４または５に記載の弁棒制御装置。
7. 【請求項７】 アクチュエータを操作するためのリモコ
   ン弁と、 該リモコン弁から出力されるパイロット圧によって切換
   動作する方向制御弁と、 前記リモコン弁と前記方向制御弁とを接続しているパイ
   ロットラインに接続されるリリーフ弁と、 前記方向制御弁により流量と方向が制御された圧油を受
   けて動作するアクチュエータと、 該アクチュエータの変位量を検出する検出手段と、 前記リリーフ弁の弁棒の一方軸端部に接続され、駆動モ
   ータの回転を直線往復運動に変える機械運動機構と、 前記検出手段によって検出された変位量に応じて前記駆
   動モータの回転量を制御し、前記機械運動機構を介して
   前記スプールの位置を制御する制御手段と、を備えてな
   ることを特徴とする油圧制御装置。
8. 【請求項８】 前記制御手段は、前記弁棒の位置を制御
   することにより弁座を閉じているスプリングの付勢力を
   変化させ、前記リリーフ弁の設定圧を制御するように構
   成されている請求項７記載の油圧制御装置。
9. 【請求項９】 前記機械運動機構が、前記駆動モータの
   回転軸に固定されたピニオンと、前記スライドスプール
   の一方軸端部に形成され前記ピニオンと歯合するラック
   とから構成される請求項７または８に記載の油圧制御装
   置。
10. 【請求項１０】 前記リリーフ弁が垂直方向に配置され
    ている請求項７〜９のいずれかに記載の油圧制御装置。