JP2001082411A - ディジタル弁 - Google Patents
ディジタル弁Info
- Publication number
- JP2001082411A JP2001082411A JP26421899A JP26421899A JP2001082411A JP 2001082411 A JP2001082411 A JP 2001082411A JP 26421899 A JP26421899 A JP 26421899A JP 26421899 A JP26421899 A JP 26421899A JP 2001082411 A JP2001082411 A JP 2001082411A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- port
- working liquid
- digital valve
- actuator
- nozzle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Dc Digital Transmission (AREA)
- Servomotors (AREA)
- Fluid-Driven Valves (AREA)
- Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)
- Multiple-Way Valves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 バイモルフ型ピエゾ素子の高速応答性を活か
し、低価格・低電圧駆動とし、構成を簡単とする。 【解決手段】 アクチュエータ４への入力電圧がオフ又
はマイナスとなっているとき、第２のノズル３は閉じら
れており、移動部１１０は、第２の加圧端１０２の圧力
ｐbが上昇し、上方に駆動される。これにより、油は、
Ｐポート８からＡポート６に流れる。一方、駆動電圧を
印加すると、アクチュエータ４は曲がり、第１のノズル
２をふさぎ、移動部１１０の第１の加圧端１０１の圧力
ｐaは、第２の加圧端１０２の圧力ｐbよりも高くなり、
移動部１１０は下方に駆動される。これにより、Ｐポー
ト８からの流れが止められる。
し、低価格・低電圧駆動とし、構成を簡単とする。 【解決手段】 アクチュエータ４への入力電圧がオフ又
はマイナスとなっているとき、第２のノズル３は閉じら
れており、移動部１１０は、第２の加圧端１０２の圧力
ｐbが上昇し、上方に駆動される。これにより、油は、
Ｐポート８からＡポート６に流れる。一方、駆動電圧を
印加すると、アクチュエータ４は曲がり、第１のノズル
２をふさぎ、移動部１１０の第１の加圧端１０１の圧力
ｐaは、第２の加圧端１０２の圧力ｐbよりも高くなり、
移動部１１０は下方に駆動される。これにより、Ｐポー
ト８からの流れが止められる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ディジタル弁に係
り、特に、圧電素子を用いた油圧用高速ＯＮ／ＯＦＦデ
ィジタル弁に関する。
り、特に、圧電素子を用いた油圧用高速ＯＮ／ＯＦＦデ
ィジタル弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】油圧または空気圧アクチュエータの駆動
に用いられる制御弁は、サーボ弁や比例電磁制御弁（比
例制御弁）などのアナログ式と、高速ＯＮ／ＯＦＦ電磁
弁などのディジタル式の２方式に分類される。後者の場
合、弁の駆動信号は、パルス幅変調（Pulse Width Modu
lation：PWM）されるのが通例である。
に用いられる制御弁は、サーボ弁や比例電磁制御弁（比
例制御弁）などのアナログ式と、高速ＯＮ／ＯＦＦ電磁
弁などのディジタル式の２方式に分類される。後者の場
合、弁の駆動信号は、パルス幅変調（Pulse Width Modu
lation：PWM）されるのが通例である。
【０００３】サーボ弁は、応答性、直線性（線形性）に
優れているが、構造が複雑で高価であることや、作動油
の汚染の影響を受けやすく、電気的ノイズにも弱い等の
課題をもつ。また、比例制御弁は、油の汚染に対しては
サーボ弁より勝るが、応答周波数が低いこと、特性がや
や非線形となる課題をもつ。一方、ＯＮ／ＯＦＦの２値
で作動するディジタル弁は、性能面では、サーボ弁、比
例制御弁より劣るものの、ＯＮ／ＯＦＦ信号で処理され
るため、コンピュータとのマッチングが良く、構造がき
わめて単純であることに基づく頑強性、保守管理の容易
さ、油の汚染に強い、低価格などの点で多くの優れた特
長を備えている。
優れているが、構造が複雑で高価であることや、作動油
の汚染の影響を受けやすく、電気的ノイズにも弱い等の
課題をもつ。また、比例制御弁は、油の汚染に対しては
サーボ弁より勝るが、応答周波数が低いこと、特性がや
や非線形となる課題をもつ。一方、ＯＮ／ＯＦＦの２値
で作動するディジタル弁は、性能面では、サーボ弁、比
例制御弁より劣るものの、ＯＮ／ＯＦＦ信号で処理され
るため、コンピュータとのマッチングが良く、構造がき
わめて単純であることに基づく頑強性、保守管理の容易
さ、油の汚染に強い、低価格などの点で多くの優れた特
長を備えている。
【０００４】そこで、これらの特長をいかしつつ、応答
性能においても、従来システム（サーボ弁を用いたサー
ボシステムが代表例）に匹敵、またはそれを凌ぐＯＮ／
ＯＦＦ弁が開発されることが望ましい。
性能においても、従来システム（サーボ弁を用いたサー
ボシステムが代表例）に匹敵、またはそれを凌ぐＯＮ／
ＯＦＦ弁が開発されることが望ましい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】現在、市場に普及して
いるディジタル弁のほとんどは、駆動部に電磁式アクチ
ュエータを採用しているため、原理上、高速化には限界
がある。そこで、小型で高速、発生力が大きい圧電素子
を用いたディジタル弁の開発に注目が集まっている。従
来より、積層型ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）素子で
駆動される油圧ディジタル弁が開発されている。しかし
ながら、一般に、ＰＺＴアクチュエータは変位量が小さ
いため、何らかの変位拡大機構を採用する必要がある。
いるディジタル弁のほとんどは、駆動部に電磁式アクチ
ュエータを採用しているため、原理上、高速化には限界
がある。そこで、小型で高速、発生力が大きい圧電素子
を用いたディジタル弁の開発に注目が集まっている。従
来より、積層型ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）素子で
駆動される油圧ディジタル弁が開発されている。しかし
ながら、一般に、ＰＺＴアクチュエータは変位量が小さ
いため、何らかの変位拡大機構を採用する必要がある。
【０００６】また、従来、積層型ピエゾ素子と油圧変位
拡大機構を備えた弁が開発されている。しかし、この弁
は高速応答が確認されたが、構造が複雑であり、変位量
が小さく、ＰＺＴ素子の価格も高価であるため、実用性
には課題があった。また、変位拡大機構として油圧を用
いた場合、温度により変動することがある。
拡大機構を備えた弁が開発されている。しかし、この弁
は高速応答が確認されたが、構造が複雑であり、変位量
が小さく、ＰＺＴ素子の価格も高価であるため、実用性
には課題があった。また、変位拡大機構として油圧を用
いた場合、温度により変動することがある。
【０００７】そこで、本発明は、ピエゾ素子の高速応答
性を活かし、上記の課題を解決するような新たなディジ
タル弁を提供することを目的とする。本発明は、変位拡
大機構として、特に、バイモルフ型ピエゾ素子をノズル
フラッパとして使用する機構を採用することにより、積
層型ピエゾ素子に比べて変位が大きく、低価格、低電圧
駆動できるようにし、駆動アンプの構成を簡単とするこ
とを目的とする。本発明は、ノズルフラッパ機構を用い
て、スプールを駆動する構造をとることにより、発生力
を大きくしたディジタ弁を提供することを目的とする。
また、本発明は、作動油をアクチェータの冷却用として
も使用することを目的とする。
性を活かし、上記の課題を解決するような新たなディジ
タル弁を提供することを目的とする。本発明は、変位拡
大機構として、特に、バイモルフ型ピエゾ素子をノズル
フラッパとして使用する機構を採用することにより、積
層型ピエゾ素子に比べて変位が大きく、低価格、低電圧
駆動できるようにし、駆動アンプの構成を簡単とするこ
とを目的とする。本発明は、ノズルフラッパ機構を用い
て、スプールを駆動する構造をとることにより、発生力
を大きくしたディジタ弁を提供することを目的とする。
また、本発明は、作動油をアクチェータの冷却用として
も使用することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の解決手段による
と、入力ポートから入力された作動液体が分岐されて流
れる第１、第２及び第３のポートと、前記第２のポート
から作動液体が入力され、前記第１及び第３のポートか
らの作動液体により加圧され、出力ポートへの流出を制
御するための開閉部と、前記第１及び第３のポートから
の作動液体がそれぞれ供給される第１及び第２のノゾル
と、前記第１及び第２のノズルの一方を閉じ他方を開く
ことにより、前記開閉部への加圧状態を切り替え、出力
ポートへの作動液体の流出を制御するためのアクチュエ
ータを備えたディジタル弁を提供する。
と、入力ポートから入力された作動液体が分岐されて流
れる第１、第２及び第３のポートと、前記第２のポート
から作動液体が入力され、前記第１及び第３のポートか
らの作動液体により加圧され、出力ポートへの流出を制
御するための開閉部と、前記第１及び第３のポートから
の作動液体がそれぞれ供給される第１及び第２のノゾル
と、前記第１及び第２のノズルの一方を閉じ他方を開く
ことにより、前記開閉部への加圧状態を切り替え、出力
ポートへの作動液体の流出を制御するためのアクチュエ
ータを備えたディジタル弁を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１に、本発明に係るディジタル
弁の第１の実施の形態の構成図を示す。本発明のディジ
タル弁の構造は、きわめて単純であり、基本的に、弁ス
プールとノズルフラッパ機構を備える。ディジタル弁
は、開閉部１、第１のノズル２及び第２のノズル３、ア
クチュエータ４、入力ポート５、出力ポート（Ａポー
ト）６、第１のポート７、第２のポート（Ｐポート）
８、第３のポート９、排出ポート１０を備える。さら
に、開閉部１は、移動部１１０と固定部１２０を備え
る。
弁の第１の実施の形態の構成図を示す。本発明のディジ
タル弁の構造は、きわめて単純であり、基本的に、弁ス
プールとノズルフラッパ機構を備える。ディジタル弁
は、開閉部１、第１のノズル２及び第２のノズル３、ア
クチュエータ４、入力ポート５、出力ポート（Ａポー
ト）６、第１のポート７、第２のポート（Ｐポート）
８、第３のポート９、排出ポート１０を備える。さら
に、開閉部１は、移動部１１０と固定部１２０を備え
る。
【００１０】移動部(スプール)１１０は、例えば、糸巻
き形状のスプールやポペット等適宜の形状・構成を用い
ることができ、第１及び第２の加圧端１０１及び１０２
と、通路１０３を有する。固定部１２０は、入力端１０
４及び出力端１０５が設けられ、移動部１１０の通路１
０３と連結され、移動部１１０の位置により入力端１０
４から出力端１０５への流れがオン・オフ制御される。
き形状のスプールやポペット等適宜の形状・構成を用い
ることができ、第１及び第２の加圧端１０１及び１０２
と、通路１０３を有する。固定部１２０は、入力端１０
４及び出力端１０５が設けられ、移動部１１０の通路１
０３と連結され、移動部１１０の位置により入力端１０
４から出力端１０５への流れがオン・オフ制御される。
【００１１】ノズルフラッパ機構は、主に、第１のノズ
ル２及び第２のノズル３、アクチュエータ４を有し、排
出ポート１０により、いずれかのノズルから流出された
作動液体（例えば、油）が排出される。アクチュエータ
４は、例えば、バイモルフ形ＰＺＴ素子を用いることが
できる（詳細は後述する）。アクチュエータ４は、ON/O
FF又は、プラス/マイナス電圧により制御される。ま
た、アクチュエータは、パルス幅変調やバルス振幅変調
等の適宜の変調信号により駆動されることができる。作
動液体（例えば、油）は、入力ポート５から流入され、
Ｐポート８から開閉部１の通路１０３を経て、Ａポート
６から流出される。また、第１のポート７及び第３のポ
ート９には、流量を少なく調節するために、例えばオリ
フィス（Orifice A, Orifice B）等が設けられたり、ま
た、管断面を小さくされたりする。移動部１１０の変位
は、ギャップセンサ（Gap sensor）により計測すること
ができる。また、各ポートにおいて、流量は流量計（Fl
aw meter）を、また、圧力は圧力計（Pressure senso
r）等を適宜設けて、計測することができる。
ル２及び第２のノズル３、アクチュエータ４を有し、排
出ポート１０により、いずれかのノズルから流出された
作動液体（例えば、油）が排出される。アクチュエータ
４は、例えば、バイモルフ形ＰＺＴ素子を用いることが
できる（詳細は後述する）。アクチュエータ４は、ON/O
FF又は、プラス/マイナス電圧により制御される。ま
た、アクチュエータは、パルス幅変調やバルス振幅変調
等の適宜の変調信号により駆動されることができる。作
動液体（例えば、油）は、入力ポート５から流入され、
Ｐポート８から開閉部１の通路１０３を経て、Ａポート
６から流出される。また、第１のポート７及び第３のポ
ート９には、流量を少なく調節するために、例えばオリ
フィス（Orifice A, Orifice B）等が設けられたり、ま
た、管断面を小さくされたりする。移動部１１０の変位
は、ギャップセンサ（Gap sensor）により計測すること
ができる。また、各ポートにおいて、流量は流量計（Fl
aw meter）を、また、圧力は圧力計（Pressure senso
r）等を適宜設けて、計測することができる。
【００１２】つぎに、図２及び図３に、本発明のディジ
タル弁の動作説明図を示す。この実施の形態では、ディ
ジタル弁は、ノーマルオープンタイプであり、次のよう
な順序で駆動される。なお、ノーマルクローズタイプと
することもできる。
タル弁の動作説明図を示す。この実施の形態では、ディ
ジタル弁は、ノーマルオープンタイプであり、次のよう
な順序で駆動される。なお、ノーマルクローズタイプと
することもできる。
【００１３】まず、アクチュエータ４への入力電圧が、
例えば、オフ又は負の駆動電圧（−５０Ｖ等）となって
いるとき、第２のノズル３は、図２に示されるように閉
じられている。この状態において、移動部１１０は、第
２の加圧端１０２の圧力ｐbが上昇し、上方に駆動され
る（これをＯＮ状態とする）。これにより、作動液体
は、Ｐポート８からＡポート６に流れる。一方、例え
ば、駆動電圧（２００Ｖ等）を印加すると、図３のよう
に、アクチュエータ４は曲がり、第１のノズル２をふさ
ぐ。このとき移動部１１０の第１の加圧端１０１の圧力
ｐaは、第２の加圧端１０２の圧力ｐbよりも高くなり、
移動部１１０は下方に駆動される。これにより、Ｐポー
ト８からの流れが止められる（これをＯＦＦ状態とよ
ぶ）。
例えば、オフ又は負の駆動電圧（−５０Ｖ等）となって
いるとき、第２のノズル３は、図２に示されるように閉
じられている。この状態において、移動部１１０は、第
２の加圧端１０２の圧力ｐbが上昇し、上方に駆動され
る（これをＯＮ状態とする）。これにより、作動液体
は、Ｐポート８からＡポート６に流れる。一方、例え
ば、駆動電圧（２００Ｖ等）を印加すると、図３のよう
に、アクチュエータ４は曲がり、第１のノズル２をふさ
ぐ。このとき移動部１１０の第１の加圧端１０１の圧力
ｐaは、第２の加圧端１０２の圧力ｐbよりも高くなり、
移動部１１０は下方に駆動される。これにより、Ｐポー
ト８からの流れが止められる（これをＯＦＦ状態とよ
ぶ）。
【００１４】本ディジタル弁では、ノズルとオリフィス
を容易に交換できる構造となっており、第１及び第２の
ノズル２及び３とアクチュエータ４とのギャップを適宜
調整することが可能である。また、例えば、第１又は第
２のノズル２又は３を閉じるために、アクチュエータ４
への駆動電圧をオフとして設定してもマイナスとして設
定しても良い。また、第１及び第２のノズル２及び３か
らの油の流れは、アクチュエータ４の冷却にも役立って
いる。本ディジタル弁は、ＯＮ・ＯＦＦ弁として設計さ
れているため、サーボ弁等で用いられるノズルフラッパ
機構のように精密な加工精度を必要としないため、比較
的安価に製作可能である。また、アクチュエータ４のピ
エゾ素子も安価であることから、ディジタル弁自体を安
価に構成できるという特長がある。
を容易に交換できる構造となっており、第１及び第２の
ノズル２及び３とアクチュエータ４とのギャップを適宜
調整することが可能である。また、例えば、第１又は第
２のノズル２又は３を閉じるために、アクチュエータ４
への駆動電圧をオフとして設定してもマイナスとして設
定しても良い。また、第１及び第２のノズル２及び３か
らの油の流れは、アクチュエータ４の冷却にも役立って
いる。本ディジタル弁は、ＯＮ・ＯＦＦ弁として設計さ
れているため、サーボ弁等で用いられるノズルフラッパ
機構のように精密な加工精度を必要としないため、比較
的安価に製作可能である。また、アクチュエータ４のピ
エゾ素子も安価であることから、ディジタル弁自体を安
価に構成できるという特長がある。
【００１５】図４に、ディジタル弁で用いられるバイモ
ルフ型ピエゾ素子の構成図の一例を示す。これは、２枚
の板上のピエゾ素子４１、４２を貼り合わせた構造を持
つ。バイモルフ型ピエゾ素子は、積層型ピエゾ素子に比
べて変位が大きいこと、低価格であること、低電圧駆動
できること、そのために駆動アンプの構成が簡単である
ことなどのメリットを持つ。その反面、一般に発生力が
小さいものの、本発明のようなノズルフラッパ機構を用
いて、移動部１１０を駆動する構造をとることにより、
この点を克服している。ピエゾ素子の基本スペックとし
ては、例えば、ｌ＝３１．０ｍｍ、ｋ＝３．２ｍｍ、ｗ
＝９．６ｍｍ、Ｔ＝０．４７ｍｍ、共振周波数２５０Ｈ
ｚ、駆動電圧２００Ｖ、変位値９７０μｍ、発生力５５
ｇ、静電容量７５ｎＦ、張り合わせ方パラレルタイプを
用いることができる。なお、このスペックは一例にすぎ
ず、これに限定されず適宜のものを用いることができ
る。
ルフ型ピエゾ素子の構成図の一例を示す。これは、２枚
の板上のピエゾ素子４１、４２を貼り合わせた構造を持
つ。バイモルフ型ピエゾ素子は、積層型ピエゾ素子に比
べて変位が大きいこと、低価格であること、低電圧駆動
できること、そのために駆動アンプの構成が簡単である
ことなどのメリットを持つ。その反面、一般に発生力が
小さいものの、本発明のようなノズルフラッパ機構を用
いて、移動部１１０を駆動する構造をとることにより、
この点を克服している。ピエゾ素子の基本スペックとし
ては、例えば、ｌ＝３１．０ｍｍ、ｋ＝３．２ｍｍ、ｗ
＝９．６ｍｍ、Ｔ＝０．４７ｍｍ、共振周波数２５０Ｈ
ｚ、駆動電圧２００Ｖ、変位値９７０μｍ、発生力５５
ｇ、静電容量７５ｎＦ、張り合わせ方パラレルタイプを
用いることができる。なお、このスペックは一例にすぎ
ず、これに限定されず適宜のものを用いることができ
る。
【００１６】つぎに、本発明に係るディジタル弁の特性
を説明する。特性を計測するためのシステムは、本発明
に係るディジタル弁の他に、油圧ポンプ、パソコン、デ
ジタルオシロスコープ等を備える。ディジタル弁のアク
チュエータ４の駆動信号は、Ｄ／Ａコンバータ及びアン
プを介して入力される。移動部１１０変位（スプール変
位）および各ポートにおける圧力は、ギャップセンサお
よび圧力センサ等によりそれぞれ計測され、これらの信
号はディジタルオシロスコープにより計測される。ディ
ジタル弁からの流量は、流量センサを用いて計測した。
を説明する。特性を計測するためのシステムは、本発明
に係るディジタル弁の他に、油圧ポンプ、パソコン、デ
ジタルオシロスコープ等を備える。ディジタル弁のアク
チュエータ４の駆動信号は、Ｄ／Ａコンバータ及びアン
プを介して入力される。移動部１１０変位（スプール変
位）および各ポートにおける圧力は、ギャップセンサお
よび圧力センサ等によりそれぞれ計測され、これらの信
号はディジタルオシロスコープにより計測される。ディ
ジタル弁からの流量は、流量センサを用いて計測した。
【００１７】図５に、本発明のディジタル弁の応答特性
図を示す。この図は、ディジタル弁のノイズフラッパ機
構への入力としてパルス幅１０ｍｓのパルスを与えたと
きの応答特性を示す。図５（ａ）における実線は、移動
部１１０（スプール弁）の変位xvを示し、破線は入力信
号を示す。図５（ｂ）は、Ｐポート８における圧力を示
す。ここでは、供給圧力を１ＭＰａとして与えた。図よ
り、スプール弁の変位は入力信号に伴って切り換わり、
ＯＮからＯＦＦへの切り換わりの応答時間はおよそ２．
２ｍｓである。また、ＯＦＦからＯＮへの切り替え時間
はおよそ１．８ｍｓである。ディジタル弁がＯＦＦとな
ったあと、若干の振動が見られるもののすみやかに減衰
している。このように、本ディジタル弁の応答特性につ
いての有効性が示された。
図を示す。この図は、ディジタル弁のノイズフラッパ機
構への入力としてパルス幅１０ｍｓのパルスを与えたと
きの応答特性を示す。図５（ａ）における実線は、移動
部１１０（スプール弁）の変位xvを示し、破線は入力信
号を示す。図５（ｂ）は、Ｐポート８における圧力を示
す。ここでは、供給圧力を１ＭＰａとして与えた。図よ
り、スプール弁の変位は入力信号に伴って切り換わり、
ＯＮからＯＦＦへの切り換わりの応答時間はおよそ２．
２ｍｓである。また、ＯＦＦからＯＮへの切り替え時間
はおよそ１．８ｍｓである。ディジタル弁がＯＦＦとな
ったあと、若干の振動が見られるもののすみやかに減衰
している。このように、本ディジタル弁の応答特性につ
いての有効性が示された。
【００１８】つぎに、図６及び図７に、ＰＷＭ（パルス
変調）方式で駆動した場合の流量特性図を示す。図６
は、搬送波周波数を１００Ｈｚとした場合において、デ
ューティ２０％で駆動した場合の結果を示す。図７は、
搬送波周波数を２００Ｈｚとした場合において、デュー
ティ５０％で駆動した場合の結果を示す。このように、
本ディジタル弁のＰＷＭ駆動による有効性が示された。
変調）方式で駆動した場合の流量特性図を示す。図６
は、搬送波周波数を１００Ｈｚとした場合において、デ
ューティ２０％で駆動した場合の結果を示す。図７は、
搬送波周波数を２００Ｈｚとした場合において、デュー
ティ５０％で駆動した場合の結果を示す。このように、
本ディジタル弁のＰＷＭ駆動による有効性が示された。
【００１９】なお、通常の電磁駆動によるオンオフ弁で
も見られるように、入力信号の時間幅が短いために、Ｏ
ＮからＯＦＦあるいはＯＦＦからＯＮへの切り換えが完
全に行われない場合があるかもしれない。これに起因し
て発生するディジタル弁の非線形特性は、例えば、差動
ＰＷＭ等の線形化手法を用いれば改善可能である（Muto
T., Yamada H., Suematsu Y., Digital Control of Hy
draulic Actuator System Operated by Differential P
ulse Width Modulation, JSME InternationalJournal
(Series III), 1990, 33-4, p.641、差動ＰＷＭ方式に
よる油圧アクチュエータ系のディジタル制御(末松良
一、山田宏尚、武藤高義)、日本機械学会論文集(C編)、
55巻、516号、pp．2053-2061(1989)等参照）。
も見られるように、入力信号の時間幅が短いために、Ｏ
ＮからＯＦＦあるいはＯＦＦからＯＮへの切り換えが完
全に行われない場合があるかもしれない。これに起因し
て発生するディジタル弁の非線形特性は、例えば、差動
ＰＷＭ等の線形化手法を用いれば改善可能である（Muto
T., Yamada H., Suematsu Y., Digital Control of Hy
draulic Actuator System Operated by Differential P
ulse Width Modulation, JSME InternationalJournal
(Series III), 1990, 33-4, p.641、差動ＰＷＭ方式に
よる油圧アクチュエータ系のディジタル制御(末松良
一、山田宏尚、武藤高義)、日本機械学会論文集(C編)、
55巻、516号、pp．2053-2061(1989)等参照）。
【００２０】また、ディジタル弁の特性改善の他の方法
として、図８に示した流量特性をあらかじめコンピュー
タに記憶しておき、線形な出力となるようにデューティ
に補正をかけて出力するという方法もある。この方法で
は、単体のディジタル弁で非線形を補正することができ
る。
として、図８に示した流量特性をあらかじめコンピュー
タに記憶しておき、線形な出力となるようにデューティ
に補正をかけて出力するという方法もある。この方法で
は、単体のディジタル弁で非線形を補正することができ
る。
【００２１】図８に、ＰＷＭパルスで駆動した場合の流
量特性図を示す。図８（ａ）には、ディジタル弁を搬送
波周波数１００Ｈｚで駆動としたときのデューティ−流
量特性を示す。図８（ｂ）には、ディジタル弁を搬送波
周波数２００Ｈｚで駆動したときのデューティ−流量特
性を示す。図より、搬送波周波数１００Ｈｚの場合はほ
ぼ良好な線形特性を示していることが分かる。また、搬
送波周波数２００Ｈｚの場合は、若干の非線形は確認さ
れたものの、ほぼ良好な線形特性を持ち、オンオフ弁と
して良好な特性を持っていることが確認された。こうい
った非線形は、上述のような線形化手法を用いれば改善
可能である。したがって、本ディジタル弁の有効性が確
認された。
量特性図を示す。図８（ａ）には、ディジタル弁を搬送
波周波数１００Ｈｚで駆動としたときのデューティ−流
量特性を示す。図８（ｂ）には、ディジタル弁を搬送波
周波数２００Ｈｚで駆動したときのデューティ−流量特
性を示す。図より、搬送波周波数１００Ｈｚの場合はほ
ぼ良好な線形特性を示していることが分かる。また、搬
送波周波数２００Ｈｚの場合は、若干の非線形は確認さ
れたものの、ほぼ良好な線形特性を持ち、オンオフ弁と
して良好な特性を持っていることが確認された。こうい
った非線形は、上述のような線形化手法を用いれば改善
可能である。したがって、本ディジタル弁の有効性が確
認された。
【００２２】さらに、図９に、供給圧力ｐsを変化させ
た場合における応答時間の特性図を示す。図より、供給
圧が高いほどディジタル弁のＯＮからＯＦＦへの切り換
えおよびＯＦＦ−ＯＮ切り換え共に、応答時間が短く成
っていることがわかる。これは、スプール弁が、ノズル
フラッパ機構により生ずる圧力により駆動されることに
起因する。
た場合における応答時間の特性図を示す。図より、供給
圧が高いほどディジタル弁のＯＮからＯＦＦへの切り換
えおよびＯＦＦ−ＯＮ切り換え共に、応答時間が短く成
っていることがわかる。これは、スプール弁が、ノズル
フラッパ機構により生ずる圧力により駆動されることに
起因する。
【００２３】第１の実施形態は、ノズルラッパによりス
プールを駆動するため、ノズルからの漏れ流量の分だけ
無駄な作動油を消費している。前述したようにノズルラ
ッパ部を通過する作動油は、連続駆動しているＰＺＴ素
子から熱を奪う冷却油としての役割も持っているが、弁
流量に比べてあまりに流量が多いと好ましくない。以下
に、この漏れ流量を減らすための構成を説明する。
プールを駆動するため、ノズルからの漏れ流量の分だけ
無駄な作動油を消費している。前述したようにノズルラ
ッパ部を通過する作動油は、連続駆動しているＰＺＴ素
子から熱を奪う冷却油としての役割も持っているが、弁
流量に比べてあまりに流量が多いと好ましくない。以下
に、この漏れ流量を減らすための構成を説明する。
【００２４】図１０に、本発明に係るディジタル弁の第
２の実施の形態の構成図を示す。この実施の形態は、フ
ラッパの排出ポート１０の出口付近に流量調整手段２０
を取り付けたものである。流量調整手段２０として、例
えば、１.０mmのオリフィスを採用したのときは、オリ
フィスを取り付けなかったときの約半分程度にまで減少
した。
２の実施の形態の構成図を示す。この実施の形態は、フ
ラッパの排出ポート１０の出口付近に流量調整手段２０
を取り付けたものである。流量調整手段２０として、例
えば、１.０mmのオリフィスを採用したのときは、オリ
フィスを取り付けなかったときの約半分程度にまで減少
した。
【００２５】図１１に、本発明に係るディジタル弁の第
３の実施の形態の構成図を示す。図のように排出ポート
１０の出口部分に第２のアクチュエータ３０をとりつけ
たものである。第２のアクチュエータ３０としては、例
えば適宜のタイプのＰＺＴ素子を採用することができ、
ディジタル弁が切り替わる瞬間は第２のアクチュエータ
３０を開けておき、漏れ流量はそのまま流れるようにす
る。一方、ディジタル弁が切り換わらない間は第２のア
クチュエータ３０を閉じておき、漏れ流用は流れないよ
うにする。このようにすれば漏れ流量を制御することが
できる。
３の実施の形態の構成図を示す。図のように排出ポート
１０の出口部分に第２のアクチュエータ３０をとりつけ
たものである。第２のアクチュエータ３０としては、例
えば適宜のタイプのＰＺＴ素子を採用することができ、
ディジタル弁が切り替わる瞬間は第２のアクチュエータ
３０を開けておき、漏れ流量はそのまま流れるようにす
る。一方、ディジタル弁が切り換わらない間は第２のア
クチュエータ３０を閉じておき、漏れ流用は流れないよ
うにする。このようにすれば漏れ流量を制御することが
できる。
【００２６】
【発明の効果】以上のように、本発明によると、ピエゾ
素子の高速応答性を活かした新たなディジタル弁を提供
することができる。本発明によると、変位拡大機構とし
て、特に、バイモルフ型ピエゾ素子をノズルフラッパと
して使用する機構を採用することにより、積層型ピエゾ
素子に比べて変位が大きく、低価格、低電圧駆動できる
ようにし、駆動アンプの構成を簡単とすることができ
る。本発明によると、ノズルフラッパ機構を用いて、ス
プールを駆動する構造をとることにより、発生力を大き
くしたディジタ弁を提供することができる。また、本発
明によると、作動油をアクチュエータの冷却用としても
使用することができる。
素子の高速応答性を活かした新たなディジタル弁を提供
することができる。本発明によると、変位拡大機構とし
て、特に、バイモルフ型ピエゾ素子をノズルフラッパと
して使用する機構を採用することにより、積層型ピエゾ
素子に比べて変位が大きく、低価格、低電圧駆動できる
ようにし、駆動アンプの構成を簡単とすることができ
る。本発明によると、ノズルフラッパ機構を用いて、ス
プールを駆動する構造をとることにより、発生力を大き
くしたディジタ弁を提供することができる。また、本発
明によると、作動油をアクチュエータの冷却用としても
使用することができる。
【図１】本発明に係るディジタル弁の第１の実施の形態
の構成図。
の構成図。
【図２】本発明のディジタル弁の動作説明図（１）。
【図３】本発明のディジタル弁の動作説明図（２）。
【図４】ディジタル弁で用いられるバイモルフ型ピエゾ
素子の構成図。
素子の構成図。
【図５】本発明のディジタル弁の応答特性図。
【図６】ＰＷＭ（パルス変調）方式で駆動した場合の流
量特性図（１）。
量特性図（１）。
【図７】ＰＷＭ（パルス変調）方式で駆動した場合の流
量特性図（２）。
量特性図（２）。
【図８】ＰＷＭパルスで駆動した場合の流量特性図。
【図９】供給圧力を変化させた場合における応答時間の
特性図。
特性図。
【図１０】本発明に係るディジタル弁の第２の実施の形
態の構成図。
態の構成図。
【図１１】本発明に係るディジタル弁の第３の実施の形
態の構成図。
態の構成図。
１ 開閉部 ２ 第１のノズル ３ 第２のノズル ４ アクチュエータ ５ 入力ポート ６ 出力ポート（Ａポート） ７ 第１のポート ８ 第２のポート（Ｐポート） ９ 第３のポート １０ 排出ポート １１０ 移動部 １２０ 固定部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H002 BB01 BB08 BD01 BD06 BE01 BE02 3H056 AA08 BB02 BB05 BB32 CA02 CA13 CB02 CC01 CD02 CD06 DD08 GG12 3H062 AA02 AA13 CC08 CC13 DD03 EE10 HH03 HH10 3H067 AA02 CC32 CC42 DD04 DD32 DD33 DD49 ED20 FF17 GG15 GG21 GG22 5K029 AA11 FF05
Claims (6)
- 【請求項１】入力ポートから入力された作動液体が分岐
されて流れる第１、第２及び第３のポートと、 前記第２のポートから作動液体が入力され、前記第１及
び第３のポートからの作動液体により加圧され、出力ポ
ートへの流出を制御するための開閉部と、 前記第１及び第３のポートからの作動液体がそれぞれ供
給される第１及び第２のノズルと、 前記第１及び第２のノズルの一方を閉じ他方を開くこと
により、前記開閉部への加圧状態を切り替え、出力ポー
トへの作動液体の流出を制御するためのアクチュエータ
を備えたディジタル弁。 - 【請求項２】前記開閉部は、 前記第１及び第３のポートから作動液体がそれぞれ加圧
される第１及び第２の加圧端と、前記第２のポートと出
力ポートを接続するための通路とを有する移動部と、 前記第２のポートが接続されて前記通路の一端に作動液
体を入力する入力端と、前記出力ポートが接続されて前
記通路から作動液体を出力する出力端とを有する固定部
とを備え、 前記第１及び第２のノズルの開閉状態により、前記第１
及び第２の加圧端への圧力差が生じ、前記移動部が変位
することにより、前記移動部の前記通路が開状態又は閉
状態に切り替わることを特徴とする請求項１に記載のデ
ィジタル弁。 - 【請求項３】前記アクチュエータは、ピエゾ素子を有
し、 前記ピエゾ素子への印加電圧を制御することにより、前
記第１又は第２のノズルのいずれかの一方から作動液体
が流出するようにして、前記開閉部を切り替えるように
した請求項１又は２に記載のディジタル弁。 - 【請求項４】前記アクチュエータは、パルス幅変調又は
パルス振幅変調により制御されることを特徴とする請求
項１乃至３のいずれかに記載のディジタル弁。 - 【請求項５】前記第１又は第２のノズルから出力される
作動液体を排出する排出ポートに、作動液体の排出量を
制御するための流量調整手段をさらに備えた請求項１乃
至４のいずれかに記載のディジタル弁。 - 【請求項６】前記第１又は第２のノズルから出力される
作動液体を排出する排出ポートに第２のアクチュエータ
部をさらに備え、 前記アクチュエータ部により前記第１又は第２のノズル
の開閉が切り替わる際に、前記第２のアクチュエータ部
により排出ポートを開き、切り替わらない間は閉じるよ
うにした請求項１乃至４のいずれかに記載のディジタル
弁。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26421899A JP2001082411A (ja) | 1999-09-17 | 1999-09-17 | ディジタル弁 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26421899A JP2001082411A (ja) | 1999-09-17 | 1999-09-17 | ディジタル弁 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001082411A true JP2001082411A (ja) | 2001-03-27 |
Family
ID=17400148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26421899A Pending JP2001082411A (ja) | 1999-09-17 | 1999-09-17 | ディジタル弁 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001082411A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009299767A (ja) * | 2008-06-12 | 2009-12-24 | Komatsu Ltd | 油圧サーボ駆動装置 |
| WO2010016314A1 (ja) * | 2008-08-08 | 2010-02-11 | 三菱重工業株式会社 | サーボ弁 |
| JP2012229812A (ja) * | 2008-08-08 | 2012-11-22 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | サーボ弁 |
| EP3587831A1 (en) * | 2018-06-25 | 2020-01-01 | Microtecnica S.r.l. | Hydraulic stage |
| CN113404890A (zh) * | 2021-07-06 | 2021-09-17 | 四川泰诺流体控制技术有限公司 | 一种液压开关机构及高加三通阀 |
-
1999
- 1999-09-17 JP JP26421899A patent/JP2001082411A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009299767A (ja) * | 2008-06-12 | 2009-12-24 | Komatsu Ltd | 油圧サーボ駆動装置 |
| WO2010016314A1 (ja) * | 2008-08-08 | 2010-02-11 | 三菱重工業株式会社 | サーボ弁 |
| JP2010060128A (ja) * | 2008-08-08 | 2010-03-18 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | サーボ弁 |
| JP2012229812A (ja) * | 2008-08-08 | 2012-11-22 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | サーボ弁 |
| KR101335213B1 (ko) * | 2008-08-08 | 2013-11-29 | 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 | 서보 밸브 |
| EP3587831A1 (en) * | 2018-06-25 | 2020-01-01 | Microtecnica S.r.l. | Hydraulic stage |
| US11193510B2 (en) | 2018-06-25 | 2021-12-07 | Microtecnica S.R.L. | Hydraulic stage |
| CN113404890A (zh) * | 2021-07-06 | 2021-09-17 | 四川泰诺流体控制技术有限公司 | 一种液压开关机构及高加三通阀 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4617952A (en) | Switching valve and an electro-pneumatic pressure converter utilizing the same | |
| US8373330B2 (en) | Piezoelectric actuator employing switch | |
| US7191593B1 (en) | Electro-hydraulic actuator system | |
| WO2001065121A3 (en) | Force-controlled hydro-elastic actuator | |
| Lindler et al. | Piezoelectric direct drive servovalve | |
| CN102804435B (zh) | 用于操作压电阀门的电路装置和方法 | |
| CN101225881A (zh) | 超磁致伸缩致动器直接驱动的高速电液开关阀 | |
| CN104601040B (zh) | 一种开关线性混合式压电陶瓷驱动电路 | |
| JP2001082411A (ja) | ディジタル弁 | |
| KR100631072B1 (ko) | 중장비 옵션장치용 유압회로 | |
| US20160160886A1 (en) | Improvements in hydraulic servovalves | |
| YOKOTA et al. | A fast-acting electro-hydraulic digital transducer: A poppet-type on-off valve using a multilayered piezoelectric device | |
| CN109073110B (zh) | 压电致动的速动液压阀 | |
| JP4837528B2 (ja) | 油圧機器の油圧回路 | |
| Tamburrano et al. | A novel piezoelectric double-flapper servovalve pilot stage: Operating principle and performance prediction | |
| JPH09512080A (ja) | 電気油圧式の遮断装置 | |
| CN100495894C (zh) | 压电陶瓷驱动器抗蠕变驱动方法 | |
| Vilarinho et al. | Performance of piezoelectric actuators in gas microvalves: An engineering case study | |
| Tamburrano et al. | Simulation of a high frequency on/off valve actuated by a piezo-ring stack for digital hydraulics | |
| Persson et al. | Dynamic modelling and performance of a two stage piezoelectric servovalve | |
| US6032919A (en) | Gas flow proportioning and controlling valve system | |
| CN208967171U (zh) | 一种压电叠堆驱动式常闭微流体阀 | |
| YOKOTA et al. | An ultra fast-acting electro-hydraulic digital valve and high-speed electro-hydraulic servo valves using multilayered PZT elements | |
| CN104879555A (zh) | 气动放大器,以及气动执行系统 | |
| CN110762271A (zh) | 一种压电叠堆驱动式常闭微流体阀 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050127 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050215 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050809 |