JP2010060128A - サーボ弁 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルとフラッパとの相対位置調整を簡単にし、かつ、弁体駆動回路の構成を単純化して安価に製造できるサーボ弁を提供することを目的とする。
【解決手段】往復動可能に取り付けられたスプール５と、スプール５を流体圧によって相互に反対方向に押圧する第一室７および第二室９と、第一室７および第二室９に油を供給し、かつ、供給する油切板の圧力を調節してスプール５を往復動させるスプール駆動回路３と、を備えているサーボ弁１であって、スプール駆動回路３は、第一室７の流体圧を略一定の大きさに維持するとともに第二室９からの油出口部に第二室９の流体圧を調節するノズルフラッパ機構２７を備えていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、サーボ弁に関するものである。

油圧または空気圧アクチュエータの駆動を制御するものとしてサーボ弁が広く用いられている。
サーボ弁には、弁体として往復作動されるスプ−ルを用いるものがある。このサーボ弁では、スプールを作動させる機構として、たとえば、特許文献１に示されるような、ノズルフラッパ機構が提案されている。
これは、一対のノズルと、この両ノズルの間に設置したフラッパとにより可変オリフィスを形成し、フラッパの位置に応じて変化する両ノズルの背圧を導出し、この導出した背圧の圧力差により、スプールを作動させるものである。
このフラッパの位置変位は、電磁コイルによって行なわれるものが用いられているが、最近では、サーボ弁の小型化および高性能化が求められるので、小型で高速、かつ、発生力が大きい圧電素子（積層型圧電素子、バイモルフ型圧電素子）を用いるものが提案されている。

特開２００１−８２４１１号公報

ところで、一対のノズルと、両ノズルの間に設置したフラッパとにより可変オリフィスを形成するものでは、スプールの動作精度を向上させるためにフラッパは両ノズルに対してそれぞれ正対する姿勢、あるいは、均一な影響を及ぼす姿勢に取付けることが必要である。このため、取り付けにあたりフラッパの位置調整が難しいという問題があった。
また、フラッパの両側への移動を正確に行うことが必要であるので、たとえば、積層型圧電素子の場合、フラッパの両側に大きな積層型圧電素子を設けることになる。このため、サーボ弁が大型化するし、フラッパを移動させる制御系のコントロールが難しくなるので、実用に供することが難しい。
さらに、フラッパの位置調整に圧電素子を用いる場合、電極とボディ（弁本体）とが接触すると、過電流が流れてフラッパを作動できなくなるので、確実にそういう事態が発生しないようにすることが求められている。

本発明は、このような事情に鑑み、ノズルとフラッパとの相対位置調整を簡単にし、かつ、弁体駆動回路の構成を単純化して安価に製造できるサーボ弁を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるサーボ弁は、往復動可能に取り付けられた弁体と、該弁体を流体圧によって相互に反対方向に押圧する第一押圧部および第二押圧部と、前記第一押圧部および前記第二押圧部に流体を供給し、かつ、供給する流体の圧力を調節して前記弁体を往復動させる弁体駆動回路を備えているサーボ弁であって、前記弁体駆動回路は、前記第一押圧部の前記流体圧を略一定の大きさに維持するとともに前記第二押圧部からの流体出口部に前記第二押圧部の前記流体圧を調節するノズルフラッパ機構を備えていることを特徴とする。

往復動可能に取り付けられた弁体は第一押圧部および第二押圧部の流体圧によって相互に反対方向に押圧されているので、第一押圧部および第二押圧部の流体圧の差圧によって往復動することになる。すなわち、第一押圧部および第二押圧部の流体圧の内、流体圧が大きい方の押圧部の流体圧が作用する方向に弁体は移動する。
本発明によれば、第一押圧部の流体圧は略一定の大きさに維持されているので、第二押圧部の流体圧を第一押圧部の流体圧より大きくあるいは小さく調整することによって弁体は往復動する。
第二押圧部からの流体出口部にノズルフラッパ機構が備えられているので、流体出口部に設けられたノズルの先端とフラッパとの間の距離を調整することによって第二押圧部の流体の圧力を調節することができる。第二押圧部の流体の圧力が調整できると、第二押圧部の流体圧が調節できるので、第二押圧部の流体圧は、大きさが一定の第一押圧部の流体圧に対して大きくされたり小さくされたりすることができる。

このように、ノズルフラッパ機構は第二押圧部の出口部にのみ設置されている、すなわち、フラッパは１個のノズルに対向し設置されるだけであるので、ノズルに対するフラッパの位置調整を容易に行うことができる。これにより、フラッパの設置が正確に、かつ、短時間に行うことができる。
また、弁体駆動回路の回路構成が単純化されるので、弁本体の加工費を削減することができる。
これらにより、サ−ボ弁を安価に製造することができる。
なお、第一押圧部を略一定の圧力に維持するためには、たとえば、第一押圧部への流体通路に適当な面積を持つ絞りを備える等により流体の圧力を略一定に維持するようにすればよい。

上記発明では、前記弁体における前記第一押圧部の流体が前記弁体に作用する第一受圧面積と、前記第二押圧部の流体が前記弁体に作用する第二受圧面積と、が略同一面積とされていてもよい。

第一押圧部の流体力は、第一受圧面積に第一押圧部の流体の圧力を乗じたものである。第二押圧部の流体力は、第二受圧面積に第二押圧部の流体の圧力を乗じたものである。
第一受圧面積および第二受圧面積は略同一面積とされているので、第一押圧部および第二押圧部の流体圧の相対的な大きさは、それぞれの流体の圧力によって決定される。
第一押圧部の液体の圧力は、ノズルフラッパ機構によって調整される第二押圧部の流体の圧力範囲における中間部分の中間圧力の大きさになるように選択される。第二押圧部の流体の圧力、言い換えると、第二押圧部の流体圧は、一定に維持される第一押圧部の流体の圧力、言い換えると第一押圧部の流体圧よりも大きくあるいは小さくすることができるので、弁体を往復動することができる。
なお、調節の容易さの観点から第一押圧部の流体の圧力は、ノズルフラッパ機構に電圧をかけない状態における第二押圧部の流体の圧力とノズルフラッパ機構に最大電圧をかけた状態における第二押圧部の流体の圧力の略中間に等しくなるように選択されるのが望ましい。

上記発明では、前記弁体における前記第一押圧部の流体が前記弁体に作用する第一受圧面積と、前記第二押圧部の流体が前記弁体に作用する第二受圧面積と、が異なる面積とされていてもよい。

第一押圧部の流体力は、第一受圧面積に第一押圧部の流体の圧力を乗じたものである。第二押圧部の流体力は、第二受圧面積に第二押圧部の流体の圧力を乗じたものである。
第一押圧部の流体の圧力は、ノズルフラッパ機構によって調整される第二押圧部の流体の圧力範囲における中間部分の中間圧力に対して第二受圧面積／第一受圧面積を乗じた大きさとなるように選択される。第二押圧部の流体の圧力が中間圧力よりも大きくされると、第二押圧部の流体圧が第一押圧部の流体圧よりも大きくなるので、弁体は第一押圧部の方向に移動される。第二押圧部の流体の圧力が中間圧力よりも小さくされると、第二押圧部の流体圧が第一押圧部の流体圧よりも小さくなるので、弁体は第二押圧部の方向に移動される。

このように第一押圧部の流体の圧力は、第二押圧部の流体の中間圧力に対して第二受圧面積／第一受圧面積を乗じた大きさとなるように選択されるので、たとえば、同一の供給源から流体を供給する場合、中間圧力の大きさを供給される流体の圧力に対して第一受圧面積／第二受圧面積を乗じた大きさとすると、第一押圧部には供給源から供給される流体をそのまま導入するようにしても中間圧力と同一圧力とすることができる。
言い換えると、第二押圧部へ供給される流体の中間圧力を供給される流体の圧力に第一受圧面積／第二受圧面積に乗じた大きさとすることによって、第一押圧部の流体の圧力を供給される流体の圧力とすることができるので、第一押圧部へ供給される流体の圧力を調整する部材が不要とできる。
これにより、弁体駆動回路の回路構成が一層単純化されるので、弁本体の加工費を一層削減することができ、サ−ボ弁を一層安価に製造することができる。

また、上記発明では、前記ノズルフラッパ機構のフラッパは、バイモルフ型圧電素子によって作動されるようにしてもよい。
このように、変位量が比較的大きく、低電圧で駆動できるバイモルフ型圧電素子を用いるので、電源部分を含めて小さなノズルフラッパ機構を構成することができる。また、バイモルフ型圧電素子は比較的安価であることも相俟って、サーボ弁を一層安価に製造することができる。

また、上記発明では、前記ノズルフラッパ機構のフラッパは、積層型圧電素子によって作動されるようにしてもよい。
フラッパは、１個のノズルに対して距離を調整するので、それを移動させる積層型圧電素子は１個でよい。このため、フラッパの両側にそれぞれ大きな積層型圧電素子を備えるものに比べて小さく構成できるので、サーボ弁を比較的小型化することができる。また、フラッパを移動させる制御系のコントロールも比較的容易となる。
これらにより、実用に供し得るサーボ弁を提供することができる。

また、上記発明では、前記ノズルフラッパ機構のフラッパは、トルクモータによって作動されるようにしてもよい。
実績のあるトルクモータを用いることによって、安定した調整を行えるサーボ弁を構成することができる。

本発明にかかるサーボ弁によれば、第一押圧部の圧力を略一定の大きさに維持するとともに第二押圧部からの流体出口部に前記第二押圧部の圧力を調節するノズルフラッパ機構を備えているので、ノズルフラッパ機構におけるノズルに対するフラッパの位置調整を容易に行うことができる。これにより、フラッパの設置が正確に、かつ、短時間に行うことができる。
また、弁体駆動回路の回路構成が単純化されるので、弁本体の加工費を削減することができる。
これらにより、サ−ボ弁を安価に製造することができる。

本発明の第一実施形態におけるスプール駆動回路を示す回路図である。 本発明の第一実施形態におけるノズルフラッパ機構の一部を示す部分断面図である。 本発明の第一実施形態におけるフラッパ部の概略構成を示す断面図である。 本発明の第一実施形態におけるフラッパの製造過程を示す断面図である。 本発明の第一実施形態におけるフラッパ部の製造過程を示す断面図である。 本発明の第一実施形態におけるフラッパ部の養生過程を示す断面図である。 本発明の第一実施形態におけるスプール駆動回路の別の態様を示す回路図である。 本発明の第一実施形態におけるスプール駆動回路のさらに別の態様を示す回路図である。 本発明の第二実施形態におけるスプール駆動回路を示す回路図である。 本発明の第二実施形態におけるノズルフラッパ機構の一部を示す部分断面図である。 図９のＸ−Ｘ断面図である。 図９のＹ−Ｙ断面図である。 本発明の第二実施形態におけるスプール駆動回路の別の態様を示す部分回路図である。 図１３のＺ−Ｚ断面図である。

以下、本発明の実施形態について図を参照して説明する。
［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態にかかる油圧アクチュエータの駆動を制御するサーボ弁１について図１〜図６を用いて説明する。
図１は、サーボ弁１のスプール駆動回路（弁体駆動回路）３を示す回路図である。図２は、ノズルフラッパ機構の一部を示す部分断面図である。

サーボ弁１には、図示しない油圧アクチュエータの駆動を制御するスプール（弁体）５が軸線方向に移動可能とされている。
スプール５は、その軸線方向における位置によって油圧アクチュエータへの作動油の供給方向を切り替える機能を有している。
スプール５の軸線方向位置は、図示しない位置検出器によって検出されるようにされている。

スプール５の両端部には、スプール５側が開放されている空間である第一室（第一押圧部）７および第二室（第二押圧部）９が備えられている。
スプール駆動回路３には、油（流体）を供給するポンプ１１が備えられている。ポンプ１１からの油は、第一通路１３と第二通路１５とに分岐される。第一通路１３を通る油は、第一室７へ供給されるとともにタンク１７へ戻される。
第二通路１５を通る油は、第二室９に供給された後、配管１９に排出される。配管１９に排出された油はタンク１７に戻される。
第一室７および第二室９の油が作用するスプール５の受圧面積は略同一面積とされている。第一室７および第二室９の油がスプール５に作用する流体圧の差圧は、油の圧力の差圧に比例する。

第一通路１３には、第一室７よりも上流側に第一絞り２１と、第一室７の下流側に圧力調整絞り２３が備えられている。
第一絞り２１は、たとえば、オリフィスとされ、第一室７に供給される油の圧力を規定するものである。第一室７に供給される油の圧力Ｐ_１は、たとえば、ポンプ１１から噴出される油の圧力Ｐｓの略半分とされている。
圧力調整絞り２３は、開口面積が可変とされ、第一室７の油の圧力の大きさを調整する。

第二通路１５には、第二室９の上流側に第二絞り２５と、下流端にノズルフラッパ機構２７とが備えられている。
第二絞り２５は、たとえば、オリフィスとされ、その開口面積は第一絞り２１のそれと同じ大きさである。ノズルフラッパ機構２７には、第二通路１５の下流端に取り付けられたノズル２９と、ノズル２９の開口部３３に対向して設置され、絞りを構成するフラッパ部３１とが備えられている。ノズル２９は絞り機構であるが、その開口部３３の開口面積は、原点位置（フラッパ３５に電圧をかけない状態）では、圧力調整絞り２３の開口面積と等しくなるため第二室９の油の圧力は、第一室７の油の圧力と等しくなる。

フラッパ３５が原点位置からノズル２９より離れ開口部３３の面積が大きくなると、第二室９の油の圧力は、第一室７の油の圧力よりも小さくなる。逆にフラッパ３５が原点位置からノズル２９に近づき、開口部３３の面積が小さくなると、第二室９の油の圧力は、第一室７の油の圧力よりも大きくなる。
したがって、原点位置における第二室９の油の圧力は、ノズルフラッパ機構２７によって調整される範囲の中間部分に位置する中間圧力である。

図３は、フラッパ部３１の概略構成を示す断面図である。
フラッパ３１部には、フラッパ３５と、フラッパ３５を保持するケース３７とが備えられている。ケース３７は、金属製で、一面が開放された中空の直方体形状をしている。
フラッパ３５は、金属板３９の両面に、２枚の板状の圧電素子４１，４３を貼り合わせた構成、すなわち、バイモルフ型圧電素子で構成されている。

金属板３９、圧電素子４１，４３の一端部には、電線４５が取り付けられている。金属板３９は接地され、圧電素子４１には正の電圧が、圧電素子４３には負の電圧が、かけられている。
フラッパ３５の一端部は、ケース３７の内部空間に挿入され、電線４５とともに接着材４７によってケース３７に固定されている。接着材４７は、電気絶縁性を有する樹脂で、たとえば、エポキシ樹脂等のモールド剤が用いられる。

フラッパ３５とノズル２９の先端外周端４９とによって形成される円筒の側面積がノズルフラッパ機構２７の絞り量となる。この側面積が開口部３３の開口面積と等しくなる位置はノズルフラッパ機構２７が絞り機能を奏する限界位置である。すなわち、フラッパ３５がこの位置よりもノズル２９から離れると絞り効果がノズル２９の絞り効果よりも小さくなるので、ノズルフラッパ機構２７は絞り機能を奏さないことになる。
フラッパ３５は、この限界位置とフラッパ３５およびノズル２９が接触する位置との中間に位置するように設置され、その位置を中心にして、限界位置とフラッパ３５およびノズル２９が接触する位置との間を変位するようにされている。

以下、このフラッパ部３１の組立方法について図４〜図６により説明する。
まず、金属板３９の両面に、板状の圧電素子４１，４３を貼り付ける。
次いで、金属板３９および圧電素子４１，４３の一端に電線４５を、たとえば、ハンダによって接合する。
次に、図４に示されるように、金属板３９および圧電素子４１，４３と電線４５との接点の周辺部分を接着材４７によって固定し、フラッパ３５を形成する。
このとき、接着材４７は量が少ないので、電線４５を変形させる等の事態を引き起こすことはない。すなわち、接点が離脱する、電線４５がケースに接触するような形に変形することがない。

この接着材４７が硬化した後、電気回路の絶縁抵抗を測定し、確実に絶縁されていることを確認する。
次いで、図５に示されるように、このフラッパ３５をケース３７の所定位置に組み込み、ケース３７の内部空間に接着材４７を注入する。
この接着材４７の注入によってフラッパ３５には大きな力が作用するが、金属板３９および圧電素子４１，４３と電線４５との接点は、先の硬化した接着材４７によって保護されているので、それらが離脱することはない。また、電線４５の可動部分も長くないので、ケース３７に接触するほど大きく変形することはない。

図５の状態で、追加した接着材４７を硬化させるために養生する。
このとき、ケース３７の先端面５１とフラッパ３５の面とが直交することが重要であるので、図６に示されるように直交状態を保持する第一治具５３および第二治具５５に設置して養生を行うようにしてもよい。
第一治具５３は、断面が矩形状をした貫通孔５７を有している。貫通孔５７の一端部には、ケース３７の先端面５１が貫通孔と直交するように設置できる拡大部が設けられている。

第二治具５５は、一端側が貫通孔５７に挿入されるように形成されている。第二治具５５には、フラッパ３５が挿入される貫通孔５９が設けられている。
貫通孔５７と、貫通孔５９とは、上下方向の中心位置が一致している。
ケース３７をフラッパ３５側から貫通孔５７に挿入し、拡大部にはめ込む。次いで、第二治具５５を貫通孔５７の反対側から挿入し、フラッパ３５の先端部を貫通孔５９に挿入させる。このようにすると、ケース３７の先端面５１とフラッパ３５の面とが直交することになる。
この状態で、養生すると、接着材４７が硬化し、フラッパ３５は、ケース３７の先端面５１とフラッパ３５の面とが直交する形でケース３７に固定される。

なお、フラッパ部３１を第一治具５３および第二治具５５で保持した状態で、接着材４７を注入するようにしてもよい。

以上のように構成されたスプール駆動回路３の動作について説明する。
ポンプ１１が作動され、油が供給されると、供給された油は分岐されて第一通路１３および第二通路１５に流れ込む。第一通路１３に流れ込んだ油は、第一絞り２１で減圧され、第一室７に流入するとともに圧力調整絞り２３を通ってタンク１７に戻される。
第二通路１５に流入した油は、第二絞り２５で減圧され、第二室９に流入する。油は第二室９からノズルフラッパ機構２７を通って配管１９に排出され、配管１９からタンク１７に戻される。

このとき、フラッパ３５が原点に位置していると、開口部３３の開口面積は圧力調整絞り２３の開口面積と等しいので、第二室９の圧力は第一室７の圧力と同じになり、第一室７と第二室９との間の差圧は０になる。この差圧０の状態ではスプール５は停止状態となる。

フラッパ３５に＋（−）の電圧をかけると、フラッパ３５はノズル２９側に変位し、フラッパ３５とノズル２９の先端外周端４９とによって形成される円筒の側面積、すなわち、ノズルフラッパ機構２７の絞り量は圧力調整絞り２３よりも小さくなる。
ノズルフラッパ機構２７の絞り量が小さくなると、ノズルフラッパ機構２７の絞り効果がノズル２９のそれよりも大きくなるので、第一室７よりも第二室９の圧力が大きくなり、第一室７と第二室９との間に差圧が生じる。この差圧によってスプール５は第一室７側に移動する。

フラッパ３５に−（＋）の電圧をかけると、フラッパ３５はノズル２９から離れる方向に変位し、フラッパ３５とノズル２９の先端外周端４９とによって形成される円筒の側面積、すなわち、ノズルフラッパ機構２７の絞り量は圧力調整絞り２３よりも大きくなる。
ノズルフラッパ機構２７の絞り量が圧力調整絞り２３よりも大きくなると、第一室７よりも第二室９の圧力が小さくなり、第一室７と第二室９との間に差圧が生じる。この差圧によってスプール５は第二室９側に移動する。
このように、第一室７に供給される油の圧力は略一定の大きさに維持されているので、ノズルフラッパ機構２７を用いて第二室９の圧力を第一室７の圧力より大きくあるいは小さく調整することによってスプール５は往復動する。

このノズルフラッパ機構２７は、第二通路１５の端部、すなわち、第二室９の出口部にのみ設置されているので、フラッパ３５は１個のノズル２９に対向し設置されるだけである。したがって、ノズル２９に対するフラッパ３５の位置調整を容易に行うことができるので、フラッパ部３１の設置が正確に、かつ、短時間に行うことができる。
また、スプール駆動回路３の回路構成が単純化されるので、弁本体の加工費を削減することができる。
これらにより、サ−ボ弁１を安価に製造することができる。

また、フラッパ３５として変位量が比較的大きく、低電圧で駆動できるバイモルフ型圧電素子を用いているので、電源部分を含めて小さなノズルフラッパ機構２７を構成することができる。また、バイモルフ型圧電素子は比較的安価であることも相俟って、サーボ弁１を一層安価に製造することができる。

なお、ノズルフラッパ機構２７のフラッパ３５は、図７に示されるように積層型圧電素子６１によって作動されるようにしてもよい。
フラッパ３５は、１個のノズル２９に対して距離を調整するので、それを移動させる積層型圧電素子６１は１個でよい。
このため、フラッパ３５の両側にそれぞれ大きな積層型圧電素子６１を備えるものに比べて小さく構成できるので、サーボ弁１を比較的小型化することができる。
また、フラッパ３５を移動させる制御系のコントロールも比較的容易となる。
これらにより、積層型圧電素子６１を用いても実用に供し得るサーボ弁１を提供することができる。

また、ノズルフラッパ機構２７のフラッパ３５は、図８に示されるようにリニア動作を行うトルクモータ６３によって作動されるようにしてもよい。
このようにすると、実績のあるトルクモータ６３を用いることによって、安定した調整を行えるサーボ弁１を構成することができる。

［第二実施形態］
本発明の第二実施形態にかかる油圧アクチュエータ（図示省略）の駆動を制御するサーボ弁７１について図９〜図１２を用いて説明する。
図９は、サーボ弁７１のスプール駆動回路（弁体駆動回路）７３を示す回路図である。図１０は、ノズルフラッパ機構の一部を示す部分断面図である。図１１は、図９のＸ−Ｘ断面図である。図１２は、図９のＹ−Ｙ断面図である。

サーボ弁７１には、内部に空間を有するボデー７５と、ボデー７５の内部空間に軸線方向に移動可能に配置されたスプール（弁体）７７とが備えられている。
スプール７７には、滑り面となる略同一の径を有する複数のランド部７９が備えられている。スプール７７が軸線方向に移動することによってこれらのランド部７９の軸線方向における位置が移動する。これらのランド部７９は、軸線方向の位置によって図示しない油圧アクチュエータへの作動油の供給方向を切り替える機能を有している。
スプール７７の一端部分に設けられたランド部７９ａには、外側に向けて突設された第一棒体８１が設けられている。第一棒体８１はその動作を差動変圧器８３に伝達する。差動変圧器８３は、スプール７７の軸線方向位置を検出する。

ランド部７９ａの外側に、第一棒体８１を包囲するように第一室（第一押圧部）８５が形成されている。
スプール７７の他端部分に設けられたランド部７９ｂには、外側に向けて突設された第二棒体８７が設けられている。ランド部７９ｂの外側に、第二棒体８７を包囲するように第二室（第二押圧部）８９が形成されている。

スプール駆動回路７３には、主通路９３を通って油を供給するポンプ９１が備えられている。主通路９３には圧力調整弁９５が設けられ、略一定の圧力の油が供給される。
主通路９３は、第一通路９７と第二通路９９とに分岐される。第一通路９７を通る油は、第一室８５へ供給され、配管１０１を経由して戻り通路１０３を通ってタンク１０５へ戻される。第一室８５には、主通路９３で供給される油がそのまま供給されている。この供給される油の圧力は、ポンプが噴出する圧力Ｐｓである。
第二通路９９を通る油は、第二室８９に供給された後、配管１０７を経由して戻り通路１０３を通ってタンク１０５へ戻される。

第一棒体８１は第一室８５を貫通しているので、ランド部７９ａが第一室８５に供給された油から圧力を受ける第一受圧面積Ａ１は、図１１に示されるようにランド部７９ａの面積から第一棒体８１の断面積を減じた大きさとなる。
第二棒体８７は第二室８９を貫通しているので、ランド部７９ｂが第二室８９に供給された油から圧力を受ける第二受圧面積Ａ２は、図１２に示されるようにランド部７９ｂの面積から第二棒体８７の断面積を減じた大きさとなる。
本実施形態では、第一受圧面積Ａ１が第二受圧面積Ａ２の略半分の大きさとなるように第一棒体８１および第二棒体８７の大きさが設定されている。
なお、第一受圧面積Ａ１および第二受圧面積Ａ２の面積比は、これに限定されるものではない。

第二通路９９には、第二室８９の上流側に、たとえば、オリフィスで構成された入口絞り１０９が備えられている。配管１０７には、ノズルフラッパ機構１１１が備えられている。
ノズルフラッパ機構１１１には、配管１０７に取り付けられたノズル１１３と、ノズル１１３の開口部１１５に対向して設置され、絞りを構成するフラッパ部１１７とが備えられている。
フラッパ部１１７には、フラッパ１１９と、フラッパ３５を作動させる複数の圧電素子が積層された積層型圧電素子１２１とが備えられている。

フラッパ１１９とノズル１１３の先端外周端１２３とによって形成される円筒の側面積がノズルフラッパ機構１１１の絞り量となる。
この側面積が開口部１１５の開口面積と等しくなる位置（図１０の状態）はノズルフラッパ機構１１１が絞り機能を奏する限界位置である。すなわち、フラッパ１１９がこの位置よりもノズル１１３から離れると絞り効果がノズル１１３の絞り効果よりも小さくなるので、ノズルフラッパ機構１１１は絞り機能を奏さないことになる。

フラッパ１１９は、この限界位置とフラッパ１１９およびノズル１１３が接触する位置との中間に位置するように設置され、その位置を中心（原点）にして、限界位置とフラッパ１１９およびノズル１１３が接触する位置との間、すなわち、調整範囲Ｃの間を変位するようにされている。
本実施形態では、フラッパ１１９が原点位置にあるとき、第一室８５の油の圧力Ｐ１は、ポンプ９１が供給する圧力Ｐｓと略同一の大きさとなるようにノズルフラッパ１１１の諸元が設定されている。

以上のように構成されたスプール駆動回路７３の動作について説明する。
ポンプ９１が作動されると、タンク１０５から主通路９３を通って油が供給される。この供給される油の圧力Ｐｓは、圧力調整弁９５によって略一定に維持されている。
主流路９３を流れる油は分岐されて第一通路９７および第二通路９９に流れ込む。
第一通路９７に流れ込んだ油は、そのまま第一室８５に流入し、配管１０１および戻り通路１０３を通ってタンク１０５に戻される。
第二通路９９に流入した油は、入口絞り１０９で減圧され、第二室８９に流入する。油は第二室８９から配管１０７に排出され、ノズルフラッパ機構１１１を通って戻り通路１０３からタンク１０５に戻される。

このとき、フラッパ１１９が原点に位置していると、第一室８５の油の圧力Ｐ１は、ポンプ９１が供給する圧力Ｐｓと略同一、すなわち、Ｐ１＝Ｐｓである。第一室８５の油がランド部７９ａに作用する力（流体圧）Ｆ１は、Ｆ１＝Ａ１×Ｐｓとなる。
一方、第二室８９の油の圧力Ｐ２は、ポンプ９１が供給する圧力Ｐｓの略半分、すなわち、Ｐ２＝Ｐｓ／２である。第二室８９の油がランド部７９ｂに作用する力（流体圧）Ｆ２は、Ｆ２＝Ａ２×Ｐｓ／２となる。
Ａ２＝２×Ａ１であるので、力Ｆ２は、Ｆ２＝２×Ａ１×Ｐｓ／２=Ａ1×Ｐｓとなる。力Ｆ１と力Ｆ２とは同じ大きさとなるので、両者の差圧は０になる。この差圧０の状態ではスプール７７は停止状態となる。

積層型圧電素子１２１に電圧をかけ、フラッパ１１９をノズル１１３側に変位させると、フラッパ１１９とノズル１１３の先端外周端１２３とによって形成される円筒の側面積、すなわち、ノズルフラッパ機構１１１の絞り量は原点位置にあるときよりも小さくなる。
ノズルフラッパ機構１１１の絞り量が小さくなると、ノズルフラッパ機構１１１の絞り効果が大きくなるので、第二室８９の油の圧力Ｐ２は、Ｐｓ／２よりも大きくなる。
圧力Ｐ２が大きくなると、第二室８９の油がランド部７９ｂに作用する力Ｆ２が大きくなるので、力Ｆ２は大きさ一定の第一室８５の力Ｆ１よりも大きくなる。
この差圧によってスプール７７は第一室８５側に移動する。

積層型圧電素子１２１に反対の電圧をかけ、原点位置にあるフラッパ１１９をノズル１１３から離れる方向に変位させると、フラッパ１１９とノズル１１３の先端外周端１２３とによって形成される円筒の側面積、すなわち、ノズルフラッパ機構１１１の絞り量は原点位置にあるときよりも大きくなる。
ノズルフラッパ機構１１１の絞り量が大きくなると、ノズルフラッパ機構１１１の絞り効果が小さくなるので、第二室８９の油の圧力Ｐ２は、Ｐｓ／２よりも小さくなる。
圧力Ｐ２が小さくなると、第二室８９の油がランド部７９ｂに作用する力Ｆ２が小さくなるので、力Ｆ２は大きさ一定の第一室８５の力Ｆ１よりも小さくなる。
この差圧によってスプール７７は第二室８９側に移動する。

このように、第一室８５に供給される油の圧力、すなわち、ランド部７９ａに作用する力Ｆ１は略一定の大きさに維持されているので、ノズルフラッパ機構１１１を用いて第二室８９の油の圧力を調整することによってスプール７７は往復動する。

このノズルフラッパ機構１１１は、配管１０７、すなわち、第二室８９の出口部にのみ設置されているので、フラッパ１１９は１個のノズル１１３に対向して設置されるだけである。
したがって、ノズル１１３に対するフラッパ１１９の位置調整を容易に行うことができるので、フラッパ部１１７の設置が正確に、かつ、短時間に行うことができる。
また、スプール駆動回路７３の回路構成が単純化されるので、弁本体の加工費を削減することができる。
これらにより、サ−ボ弁７１を安価に製造することができる。

第一室８５へポンプ９１から供給される油がそのまま供給されるようにされている、言い換えると、第一実施形態の第一絞り２１および圧力調整絞り２３を省略しているので、弁体駆動回路７３の回路構成が一層単純化することができる。圧力調整絞り２３等の調整が不要となるので、調整コストを抑制できる。
これにより、サーボ弁７１本体の加工費を一層削減することができ、サ−ボ弁７１を一層安価に製造することができる。

第一実施形態のように第一絞り２１および圧力調整絞り２３を用いると、第一絞り２１および圧力調整絞り２３で隔離されるので、第一室８５を含む第一絞り２１および圧力調整絞り２３までの空間が大きな容積室を構成する。このため、この空間内の油のバネ定数が大きくなるので、共振が発生し易くなる。本実施形態では、第一絞り２１および圧力調整絞り２３を用いていないため、共振を回避でき、高い周波数での駆動における精度の向上をはかることができる。

なお、本実施形態では、ノズルフラッパ機構１１１のフラッパ１１９は、積層型圧電素子１２１によって作動されるようにしているが、これに限定されるものではない。
たとえば、第一実施形態で用いた低電圧で駆動できるバイモルフ型圧電素子を用いてもよい。このようにすると、電源部分を含めて小さなノズルフラッパ機構１１１を構成することができる。バイモルフ型圧電素子は比較的安価であることも相俟って、サーボ弁７１を一層安価に製造することができる。
たとえば、リニア動作を行うトルクモータによって作動されるようにしてもよい。
このようにすると、実績のあるトルクモータを用いることによって、安定した調整を行えるサーボ弁７１を構成することができる。

また、本実施形態では、第一受圧面積Ａ１と第二受圧面積Ａ２とを第一棒体８１および第二棒体８７の断面積の大きさで調整するようにしているが、これに限定されない。
たとえば、図１３および図１４に示されるように、第一棒体８１および第二棒体８７の断面積の大きさを同じとし、ランド部７９ａおよびランド部７９ｂの面積を調整するようにしてもよい。

本実施形態では、第一受圧面積Ａ１が第二受圧面積Ａ２の略半分となるようにしているが、第一受圧面積Ａ１と第二受圧面積Ａ２との比率はこれに限定されない。
すなわち、第一室８５の油の圧力が、フラッパ１１９が原点に位置しているときの第二室８９の油の圧力に対して第二受圧面積Ａ２／第一受圧面積Ａ１を乗じた大きさとなるように各圧力ならびに第一受圧面積Ａ１および第二受圧面積Ａ２の大きさを選定すればよい。

なお、本発明は以上説明した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形を行ってもよい。

１ サーボ弁
３ スプール駆動回路
５ スプール
７ 第一室
９ 第二室
３５ フラッパ
６１ 積層型圧電素子
６３ トルクモータ
７１ サーボ弁
７３ スプール駆動回路
７７ スプール
８５ 第一室
８９ 第二室
１１９ フラッパ
１２１ 積層型圧電素子

Claims (6)

1. 往復動可能に取り付けられた弁体と、該弁体を流体圧によって相互に反対方向に押圧する第一押圧部および第二押圧部と、前記第一押圧部および前記第二押圧部に流体を供給し、かつ、供給する流体の圧力を調節して前記弁体を往復動させる弁体駆動回路と、を備えているサーボ弁であって、
   前記弁体駆動回路は、前記第一押圧部の前記流体圧を略一定の大きさに維持するとともに前記第二押圧部の流体出口部に前記第二押圧部の前記流体圧を調節するノズルフラッパ機構を備えていることを特徴とするサーボ弁。
2. 前記弁体における前記第一押圧部の流体が前記弁体に作用する第一受圧面積と、前記第二押圧部の流体が前記弁体に作用する第二受圧面積と、が略同一面積とされていることを特徴とする請求項１に記載のサーボ弁。
3. 前記弁体における前記第一押圧部の流体が前記弁体に作用する第一受圧面積と、前記第二押圧部の流体が前記弁体に作用する第二受圧面積と、が異なる面積とされていることを特徴とする請求項１に記載のサーボ弁。
4. 前記ノズルフラッパ機構のフラッパは、バイモルフ型圧電素子によって作動されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のサーボ弁。
5. 前記ノズルフラッパ機構のフラッパは、積層型圧電素子によって作動されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のサーボ弁。
6. 前記ノズルフラッパ機構のフラッパは、トルクモータによって作動されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のサーボ弁。
   

Images