JP2012057776A - 電気・油圧リニアサーボ弁 - Google Patents

Abstract

【課題】ボイスコイル形リニアモータ自体を大形化することなく高応答性を維持しつつも推力を増大させ、以て大流量形の高速リニアサーボ弁を実現する。
【解決手段】弁スプール２を駆動する電磁リニアモータ装置として、弁スプール２の両端部にそれぞれボイスコイル形リニアモータ１０Ａ、１０Ｂを装備した電気・油圧リニアサーボ弁。弁スプール２の両端部にはそれぞれのリニアモータの可動コイル１５Ａ、１５Ｂが直結され、これらの可動コイル１５Ａ、１５Ｂは弁スプール２と軸方向移動の往復について一体移動する。両方の可動コイル１５Ａ、１５Ｂは、励磁によって生じる軸方向推力が弁スプール２に対して同一方向に加算的に作用するように制御アンプにより互いに同期して励磁される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気・油圧サーボ弁、特にリニアサーボ弁に関するものである。

電気・油圧サーボ弁は、各種省力化機械、試験装置などを高速・高精度で制御する閉ループ系に用い、位置決め制御、力制御などあらゆる用途に利用されている。

このような電気・油圧サーボ弁として、一般的なノズルフラッパ形サーボ弁に代わって高い応答速度を実現するリニアサーボ弁が特許文献１あるいは非特許文献１によって知られている。

これらの従来技術で知られているリニアサーボ弁は、ボディ部、リニアモータ部、位置センサ部からなり、比較的小形で強力なリニアモータにより弁スプールを直接駆動し、専用の制御アンプとの組み合わせで弁スプール位置をフィードバック制御することにより、ノズルフラッパ形サーボ弁に比べて高い応答速度を実現している。

このようなリニアサーボ弁は、ノズルフラッパ形サーボ弁に比べて弁スプール駆動部の構造がシンプルであるだけでなく、弁スプールの直径間隙を大きくできるため作動油の汚染に対しても高い耐性を有し、作動油の汚染度としてＮＡＳ１０級レベルまで使用可能である。

このように、従来のリニアサーボ弁では、弁スプールの駆動に軸方向で双方向の推力を発生する単体のボイスコイル形リニアモータを弁スプールの一端側に装備している。一般的なリニアサーボ弁におけるリニアモータは、例えば図３に示すように、縦断面Ｅ形ヨーク３１と、該ヨーク３１の円筒状外側ヨーク部３２の内周面に配設された円筒状の永久磁石界磁３４と、この永久磁石界磁３４とヨーク３１の円柱状中央ヨーク部３３との間の間隙に軸方向移動可能に配置された円筒状の可動コイル３５から成り、永久磁石界磁３４によって外側ヨーク部３２と中央ヨーク部３３との間隙に形成される磁界と可動コイル３５に流れる励磁電流との相互作用により可動コイル３５が軸方向に双方向直線移動するボイスコイル形リニアモータを構成している。

このようなボイスコイル形リニアモータでは、可動コイルに正逆の励磁電流を流すことにより、可動コイルがその電流方向に応じて中央ヨーク部に沿って軸方向に前進・後退する。従って、この可動コイルの前進・後退移動に伴って弁ボディ内で弁スプールが直接駆動されて往復移動する。ボイスコイル形リニアモータでは、位置センサによるスプール位置のフィードバックを組み合わせて励磁電流の値を制御することにより、可動コイル、従ってそれに直結された弁スプールの位置を電気的に決定することができ、弁スプールの中立点の調整を必要とせずにノズルフラッパ形サーボ弁に比べて高速のステップ応答及び周波数応答で高精度の位置決め制御を実現することが可能である。

特開２００３−１６７６０４号公報

伊藤 博、大阪一人（油研工業株式会社）著、「高速リニアサーボ弁」、油空圧技術、日刊工業出版株式会社、2003年8月1日、VOL.42、No.8、47-50頁

従来技術で知られている単体のボイスコイル形リニアモータを弁スプールの一端側に装備した電気・油圧リニアサーボ弁は、小流量形の高速リニアサーボ弁としては上述のような優れた特性を発揮するが、大流量のリニアサーボ弁とするにはリニアモータ自体の推力が不十分であり、単体のリニアモータ自体の推力を向上させるには、図３に示したような一般的なボイスコイル形リニアモータの構造を変更して図４に示すようにリニアモータの永久磁石界磁３４と可動コイル３５の軸方向寸法を増加するか、或いは直径を大きくしなければならない。

しかしながら、弁スプールの一端側に装備した単体のボイスコイル形リニアモータ自体の軸方向寸法を増加すると可動コイルの全長が長くなり、永久磁石界磁と可動コイルとの間隙が弁スプール及び可動コイルの移動範囲における同軸度及び平行度の維持に大きく影響するため、良好な移動性を維持するために高度な加工精度が必要になり、加工・組立上の負担が大きくなるだけでなく、加工精度の向上なくしては高応答を犠牲にせざるを得ないという問題が生じる。また、ボイスコイル形リニアモータの直径を大きくするとリニアモータの取り付け面積が大きくなることが避けられず、リニアモータ可動部の大形化に伴う移動質量の増加によってリニアモータ自体の高応答性が犠牲になるという問題が避けられない。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、ボイスコイル形リニアモータ自体を大形化することなく高応答性を維持しつつも推力を増大させ、以て大流量形の高速リニアサーボ弁を実現可能とすることにある。

この目的を達成するため、請求項１に係る発明による電気・油圧リニアサーボ弁は、予め定められた数と配置で形成されたポートを有する弁ボディと、該弁ボディ内の弁スリーブ内を軸方向に沿って予め定められた位置へ移動することにより弁スリーブに設けられた複数のポートの開閉及びポート同士の連絡を切り換える弁スプールと、該弁スプールを弁スリーブ内で軸方向移動させる電磁リニアモータ装置とを備えたものにおいて、前記電磁リニアモータ装置として、弁スプールの一端側に配置された第１のボイスコイル形リニアモータと、該弁スプールの他端側に配置された第２のボイスコイル形リニアモータとを備え、第１と第２のボイスコイル形リニアモータは、それぞれ、外側ヨーク部と中央ヨーク部とを有する縦断面Ｅ形ヨークと、外側ヨーク部の内周面に配置された永久磁石界磁と、外側ヨーク部と中央ヨーク部との間の間隙に前記永久磁石界磁に囲まれるように配置されて前記弁スプールと軸方向移動の往復について一体移動する筒型の可動コイルとを備え、第１と第２のボイスコイル形リニアモータには、それぞれの可動コイルの励磁による軸方向推力が前記弁スプールに対して同一方向に加算的に作用するように両可動コイルを互いに同期して励磁する制御アンプが接続されていることを特別な特徴要件とする。

この場合、前記弁スプールの軸方向変位位置を電気的に検出する位置センサを第１又は第２のボイスコイル形リニアモータのいずれか一方の中央ヨーク部の内部に配置し、この位置センサからの検出信号に基づいて前記制御アンプが前記両可動コイルへの励磁電流を位置サーボ制御するものとすることが好ましい。

本発明に係る電気・油圧リニアサーボ弁は、第１と第２のボイスコイル形リニアモータの内部が弁ボディ側からの作動油で満たされる油浸（ウェット）タイプのものとすることもできるが、より一層の高応答性を維持するには、弁スプールの両端部に、前記弁ボディ側から第１及び第２のボイスコイル形リニアモータ側への作動油の流入を遮断するダイヤフラムをそれぞれ配置し、それによりボイスコイル形リニアモータの内部が作動油で満たされることのない非油浸（ドライ）タイプのものとすることが好ましい。

このようなドライタイプの場合、弁ボディ内において弁スリーブが軸方向に関して中央部の圧油入口ポート（Ｐ）を中心にその両側の一対の制御ポート（Ａ，Ｂ）、これら一対の制御ポートの更に両外側の一対のタンクポート（Ｔ，Ｔ）、及びこれら一対のタンクポートの更に両外側の一対のドレンポートを有する対称的なポート配置を有すると共に、弁スプールもこの対称的なポート配置に対応して軸方向に関して対称的なランド・溝配置を有し、弁スプール両端部のダイヤフラムで仕切られた弁ボディ側空間が互いに前記ドレンポートに連通されていることが特に好ましい。このような対称配置構成を採用すると、両側の可動コイルが非励磁状態になった時に両側のダイヤフラムの弾性復帰力により弁スプールを中立位置に復帰させることができ、たとえタンクポート側に外部油圧回路側の理由で何らかの圧力が生じたときでも、それぞれダイヤフラムで仕切られた弁スプール両端部の弁ボディ側空間が互いにドレンポートへ連通されているので、弁スプールに対しては軸方向に関して圧力バランスの偏りが相殺され、従って可動コイルの励磁開始に際して、弁スプールを偏った圧力バランスに対抗して中立位置に戻すための初期推力を与えるバイアス電流は不要であり、励磁開始と同時に遅れなく制御を開始して、高応答を維持することが可能である。

本発明に係る電気・油圧リニアサーボ弁においては、第１と第２のボイスコイル形リニアモータの各可動コイルが弁スプールの両端部に直結され、制御アンプによる励磁制御で両可動コイルが同期して同一方向に移動するものであり、弁スプール駆動系全体としての高応答性を維持するために個々のボイスコイル形リニアモータは大形化する必要はなく、第１と第２のボイスコイル形リニアモータの推力を互いに同じ方向で弁スプールに作用させることにより弁スプール駆動系全体の推力を倍増することができ、従って大流量形高速リニアサーボ弁を実現することができるものである。尚、本発明に係るリニアサーボ弁をパイロット弁に用いて更に大流量タイプのサーボ弁を構成することも可能である。

本発明に係る電気・油圧リニアサーボ弁の基本的な理念を説明するための模式断面図である。 本発明の一実施例に係るドライタイプの電気・油圧リニアサーボ弁の構成を示す概略断面図である。 従来技術によるボイスコイル形リニアモータの概略構成を示す模式断面図である。 従来技術によるボイスコイル形リニアモータを長尺化した一例を示す模式断面図である。

図１に示す電気・油圧リニアサーボ弁は、予め定められた数と配置で形成されたポートを有する弁ボディ１と、該弁ボディ内の弁スリーブ３内を軸方向に沿って予め定められた位置へ移動することにより弁スリーブに設けられた複数のポートの開閉及びポート同士の連絡を切り換える弁スプール２と、該弁スプールを弁スリーブ内で軸方向移動させる電磁リニアモータ装置として、弁スプール２の一端側に配置された第１のボイスコイル形リニアモータ１０Ａと、該弁スプール２の他端側に配置された第２のボイスコイル形リニアモータ１０Ｂとを備えている。

第１のボイスコイル形リニアモータ１０Ａは、円筒状の外側ヨーク部１２Ａと円柱状の中央ヨーク部１３Ａとを有する縦断面Ｅ形ヨーク１１Ａと、外側ヨーク部１２Ａの内周面に配置された円筒状の永久磁石界磁１４Ａと、外側ヨーク部１２Ａと中央ヨーク部１３Ａとの間の間隙に前記永久磁石界磁１４Ａで囲まれるように配置されて前記弁スプール２と軸方向移動の往復について一体移動する円筒状の可動コイル１５Ａとを備えている。

同様に、第２のボイスコイル形リニアモータ１０Ｂも、円筒状の外側ヨーク部１２Ｂと円柱状の中央ヨーク部１３Ｂとを有する縦断面Ｅ形ヨーク１１Ｂと、外側ヨーク部１２Ｂの内周面に配置された永久磁石界磁１４Ｂと、外側ヨーク部１２Ｂと中央ヨーク部１３Ｂとの間の間隙に前記永久磁石界磁１４Ｂで囲まれるように配置されて前記弁スプール２と軸方向移動の往復について一体移動する円筒状の可動コイル１５Ｂとを備えている。

第１と第２のボイスコイル形リニアモータ１０Ａ，１０Ｂには、それぞれの可動コイル１５Ａ，１５Ｂの励磁による軸方向推力が前記弁スプール２に対して同一方向に加算的に作用するように両可動コイルを互いに同期して励磁する制御アンプ２０（図２）が接続されている。この制御アンプは、例えば弁ボディ１及びリニアモータ１０Ａ，１０Ｂとは別置きの制御盤内に設置することも可能であるが、弁ボディ１やリニアモータ１０Ａ，１０Ｂと共に一体的なユニット構造とした搭載形の構成とすることも可能である。

第１と第２のボイスコイル形リニアモータとしては、従来の小流量形高速リニアサーボ弁に利用されているものをそのまま採用しても、同等以上の高応答性を維持したまま弁スプールに作用する推力を倍増することができる。

このように弁スプール２の両端に一対のボイスコイル形リニアモータ１０Ａ，１０Ｂを装備した電気・油圧リニアサーボ弁では、両リニアモータの可動コイル１５Ａ，１５Ｂの同期した励磁による同一方向への推力の作用に伴って両可動コイル間に直結された弁スプール２が倍増した推力で軸方向移動する。即ち、両可動コイル１５Ａ，１５Ｂの同期した励磁によりその励磁電流の極性に応じて、弁スリーブ３内の弁スプール２は、一端側から一方の可動コイル１５Ａ（或いは１５Ｂ）により一方向に押し出されると同時に他端側から他方の可動コイル１５Ｂ（或いは１５Ａ）により同一方向へ牽引され、励磁電流の向きが反転すると、弁スプール２は一端側から一方の可動コイル１５Ａ（或いは１５Ｂ）により逆方向へ牽引されると同時に他端側から他方の可動コイル１５Ｂ（或いは１５Ａ）により同じ逆方向へ押し出されることになる。

従って、本発明に係る電気・油圧リニアサーボ弁によれば、弁スプールの駆動に該スプール両端に配置された二つのボイスコイル形リニアモータによる推力を同時に得ることができるため、ボイスコイル形リニアモータ自体を大形化することなく高応答性を維持しつつも弁スプール駆動推力を増大させ、以て大流量形の高速リニアサーボ弁を実現することが可能である。

この電気・油圧リニアサーボ弁には、弁スプールの軸方向変位位置を電気的に検出する位置センサを付設することが可能である。位置センサとしては種々の変位センサが利用できるが、電気・油圧サーボ弁の弁スプールの軸方向変位位置を検出するには、例えば、部品構成が簡便でありながらも応答性及び直線性に優れた非接触形変位センサである差動トランス式変位センサが好適である。

差動トランス式変位センサは、弁スプールの延長線上で軸方向に配列された三つの同軸環状コイルのうち、中央位置に配置された１つのコイルを一次コイル、その前後の２つのコイルを二次コイルとし、これらコイルの軸心穴内を通ってコイル間に電磁誘導作用を与える可動鉄心からなる位置センサコアを弁スプールの一端に連結した構成とすることができる。この場合、一次コイルは外部から供給される交流信号によって励振され、軸方向において一次コイルの中心とセンサコアの中心が一致する点を零点とし、センサコアの変位が２つの二次コイルの電圧差となって出力される。従って、このセンサコアと弁スプール端部とを機械的に連結しておけば、弁スプールの移動量がセンサコアの直線変位量に応じた出力電圧として二次コイルから検出される。

但し、差動トランス式変位センサは外部磁界の変化に影響されることがあることから、ボイスコイル形リニアモータと共にサーボ弁に装備させる場合は、リニアモータの強磁界の中でも安定した検出が行えるように配置を考慮する必要がある。この点を考慮すると、ボイスコイル形リニアモータ内の比較的漏れ磁束の小さい領域として、ヨーク内の軸心部に設けた空間内に配置することが最も望ましい。

具体的には、第１又は第２のボイスコイル形リニアモータのいずれか一方の中央ヨーク部の内部に弁スプール２と同軸の貫通孔を穿ち、この貫通孔内に弁スプール端部に直結された位置センサコアを配置し、貫通孔内周面に位置センサコアの位置を検出する位置センサコイルを配置して差動トランス式変位センサを構成する。この場合、制御アンプは、位置センサからの検出信号に基づいて両可動コイルへの励磁電流を制御し、弁スプールの位置を安定高精度にサーボ制御することが可能である。

なお、本発明に係る電気・油圧リニアサーボ弁に装備する位置センサは、上記のような差動トランス式変位センサに限定されるものではなく、過大な測定ヒステリシス及び摩擦負荷無しに直線変位を検出できるものであれば、例えばリニアエンコーダ、リニアポテンショメータ等、種々の形式のものを採用可能である。

本発明に係る電気・油圧リニアサーボ弁は、第１と第２のボイスコイル形リニアモータ１０Ａ，１０Ｂの内部が弁ボディ１側からの作動油で満たされるウェットタイプのものとすることもできるが、弁スプール２の両端部に、前記弁ボディ１側から第１及び第２のボイスコイル形リニアモータ１０Ａ，１０Ｂ側への作動油の流入を遮断して可動コイル１５Ａ，１５Ｂの軸方向変位を作動油による流体抵抗の無い環境で達成するためのダイヤフラム５Ａ，５Ｂ（図２）をそれぞれ配置し、以て両側のボイスコイル形リニアモータを内部が作動油で満たされることのないドライタイプのものとすることにより、より一層の高応答性を維持することが可能である。

このように、弁スプール２の両端部にダイヤフラムを配置した場合、更に弁スリーブ３のポート配置と弁スプール２のランド・溝配置を軸方向に関して対称的な構成とし、弁スプール両端部のダイヤフラムで仕切られた弁ボディ側空間を互いにドレンポートに連通しておくと、両側の可動コイルが非励磁状態になった時に両側のダイヤフラムの弾性復帰力により弁スプール２を中立位置に復帰させることができ、たとえタンクポート側に外部油圧回路側の理由で何らかの圧力が生じたときでも、それぞれダイヤフラムで仕切られた弁スプール両端部の弁ボディ側空間が互いにドレンポートへ連通されているので、弁スプールに対しては軸方向に関して圧力バランスの偏りが相殺される。従って、可動コイルの励磁開始に際して、弁スプールを偏った圧力バランスに対抗して中立位置に戻すための初期推力を与えるバイアス電流は不要であり、励磁開始と同時に遅れなく制御を開始して、高応答を維持することができる。

図２は、本発明の一実施例に係るドライタイプの電気・油圧リニアサーボ弁の構成を示している。基本構成は図１に示したものと共通する。即ち、本実施例によるリニアサーボ弁は、弁ボディ１と、弁ボディ内に固定配置された弁スリーブ３内を軸方向に沿って予め定められた位置へ移動することにより弁スリーブ３に設けられた複数のポート（Ｐ，Ａ，Ｂ，Ｔ）の開閉及びポート同士の連絡を切り換える弁スプール２と、該スプール２を弁スリーブ内で軸方向移動させる電磁リニアモータ装置として、弁スプール２の一端側に配置された第１のボイスコイル形リニアモータ１０Ａと、該弁スプール２の他端側に配置された第２のボイスコイル形リニアモータ１０Ｂとを備えている。

弁ボディ１内に固定配置された弁スリーブ３は、軸方向に関して中央部の圧油入口ポートＰと、該ポートＰを中心にその両側に一対の制御ポートＡ，Ｂと、これら一対の制御ポートの更に両外側に一対のタンクポートＴ，Ｔと、これら一対のタンクポートの更に両外側に一対のドレンポートＤＲとを有する対称的なポート配置を有すると共に、弁スプール２もこの対称的なポート配置に対応して軸方向に関して対称的なランド・溝配置を有し、弁スプール両端部のダイヤフラム５Ａ，５Ｂで仕切られた弁ボディ側空間は互いに弁ボディ１内に穿たれた通路を介して前記ドレンポートＤＲに連通されている。このような弁構造のサーボ弁は、弁スプール２の軸方向移動によって各ポートの開閉開度とポート間の連絡の向きを制御することができ、従って各種省力化機械、試験装置など、外部に接続された油圧回路の制御対象油圧機器を高速・高精度で位置決め制御、速度制御、或いは力制御するのに利用可能である。

第１のボイスコイル形リニアモータ１０Ａは、円筒状の外側ヨーク部１２Ａと円柱状の中央ヨーク部１３Ａとを有する縦断面Ｅ形ヨーク１１Ａと、外側ヨーク部１２Ａの内周面に配置された円筒状の永久磁石界磁１４Ａと、外側ヨーク部１２Ａと中央ヨーク部１３Ａとの間の間隙に前記永久磁石界磁１４Ａで囲まれるように配置されて前記弁スプール２と軸方向移動の往復について一体移動する円筒状の可動コイル１５Ａとを備え、可動コイル１５Ａは弁スプール２の一端部に固定ネジ４Ａによって直結された非磁性金属材製の有底筒状ボビン１６Ａの外周面に一体的に固定担持されている。ダイヤフラム５Ａは、両可動コイル１５Ａ，１５Ｂによる弁スプール２の軸方向移動を実質的に抵抗無く許容する環状襞付きの弾性材からなり、固定ネジ４Ａによる可動コイルボビン１６Ａの固定により弁スリーブ２の一端部に環状のダイヤフラム５Ａがその内周縁で挟持固定され、ダイヤフラム５Ａの外周縁は弁ボディ１に固定された端板７Ａに対して押さえリング８Ａにより封止状態で固定され、これによりダイヤフラム５Ａによって弁ボディ１内で弁スプール端部外周を囲む空間がリニアモータ１０Ａ側から液密に仕切られている。弁ボディ１の端板７Ａには、リニアモータ１０Ａへ向かって軸心方向と平行に突出するピン９Ａが植設され、このピン９Ａの先端部が可動コイルボビン１６Ａの底部に設けられた貫通穴に挿入されてボビン１６Ａ、即ち可動コイル１５Ａの回り止めの役目を果たしている。このピン９Ａによる可動コイルの回り止め処置を施しておくことにより、流体力の作用によるスプールの軸心周りの自転が阻止されるのでダイヤフラム５Ａがスプール２の自転による捻りを受けることが無く、従ってスプール２と弁ボディ１との間に固定されたダイヤフラム５Ａを高速応答性の維持のために薄肉にしてもダイヤフラム５Ａの耐久性が損なわれることはない。

第２のボイスコイル形リニアモータ１０Ｂは、円筒状の外側ヨーク部１２Ｂと同軸貫通孔１７が穿たれた円筒状の中央ヨーク部１３Ｂとを有する実質的な縦断面Ｅ形ヨーク１１Ｂと、外側ヨーク部１２Ｂの内周面に配置された円筒状の永久磁石界磁１４Ｂと、外側ヨーク部１２Ｂと中央ヨーク部１３Ｂとの間の間隙に前記永久磁石界磁１４Ｂで囲まれるように配置されて前記弁スプール２と軸方向移動の往復について一体移動する円筒状の可動コイル１５Ｂとを備え、この可動コイル１５Ｂも弁スプール２の他端部に固定ネジ４Ｂによって直結された非磁性金属材製の有底筒状ボビン１６Ｂの外周面に一体的に固定担持されている。ダイヤフラム５Ｂも両可動コイル１５Ａ，１５Ｂによる弁スプール２の軸方向移動を実質的に抵抗無く許容する環状襞付きの弾性材からなり、固定ネジ４Ｂによる可動コイルボビン１６Ｂの固定により弁スリーブ２の他端部に環状のダイヤフラム５Ｂがその内周縁で挟持固定され、ダイヤフラム５Ｂの外周縁は弁ボディ１に固定された端板７Ｂに対して押さえリング８Ｂにより封止状態で固定され、これによりダイヤフラム５Ｂによって弁ボディ１内で弁スプール端部外周を囲む空間がリニアモータ１０Ｂ側から液密に仕切られている。弁ボディ１の端板７Ｂにも、リニアモータ１０Ｂへ向かって軸心方向と平行に突出するピン９Ｂが植設され、このピン９Ｂの先端部が可動コイルボビン１６Ｂの底部に設けられた貫通穴に挿入されてボビン１６Ｂ、即ち可動コイル１５Ｂの回り止めの役目を果たし、上述と同様にダイヤフラム５Ｂを高速応答性の維持のために薄肉にすることができる。なお、本実施例においては、図２に示すように弁ボディ１の両端板７Ａ，７Ｂにピン９Ａ，９Ｂを植設して両可動コイルボビン１６Ａ，１６Ｂの貫通孔に挿入する場合を示したが、両側可動コイルボビン１６Ａ，１６Ｂは弁スプール２の左右に結合されているため、可動コイルの回り止めには、一方のピンだけでも機能することは言うまでもない。

第１と第２のボイスコイル形リニアモータ１０Ａ，１０Ｂは、それぞれの可動コイル１５Ａ，１５Ｂの励磁による軸方向推力が弁スプール２に対して同一方向に加算的に作用するように両可動コイルを互いに同期して励磁する制御アンプ２０に接続されている。この制御アンプは一方のリニアモータ１０Ｂの上部に搭載されており、外部コントローラとの接続は弁ボディ１側に向いたコネクタを介して果たされる。

本実施例では、弁スプール２の位置を検出する位置センサとして、第２のボイスコイル形リニアモータ１０Ｂの中央ヨーク部１３Ｂの内部に弁スプール２と同軸に穿たれた貫通孔１７内には、弁スプール２の端部固定ネジ４Ｂに直結された位置センサコア１９が挿入配置されていると共に、貫通孔１７の内周面に位置センサコア１９の位置を検出する三連環状コイルからなる位置センサコイル１８が配置され、以て差動トランス式変位センサが構成されている。このセンサは制御アンプ２０に結線され、制御アンプ２０は、位置センサコイル１８からの検出信号に基づいて両可動コイル１５Ａ，１５Ｂへの励磁電流を制御し、弁スプール２の位置をサーボ制御することができるようになっている。

本実施例による電気・油圧リニアサーボ弁では、弁スプール２の両端に一対のボイスコイル形リニアモータ１０Ａ，１０Ｂを装備しているので、両リニアモータの可動コイル１５Ａ，１５Ｂを同期して励磁することによりそれぞれの可動コイルが同一方向へ同時に推力を発生し、従って両可動コイル間に直結された弁スプール２は２基分に倍増したリニアモータ推力で軸方向移動する。即ち、両可動コイル１５Ａ，１５Ｂを同期して励磁することにより、励磁電流の極性に応じて弁スリーブ３内の弁スプール２が一端側から一方の可動コイル１５Ａ（或いは１５Ｂ）により一方向に押し出されると同時に他端側から他方の可動コイル１５Ｂ（或いは１５Ａ）により同一方向へ牽引され、励磁電流の極性が反転すると、弁スプール２は一端側から一方の可動コイル１５Ａ（或いは１５Ｂ）によって逆方向へ牽引されると同時に他端側から他方の可動コイル１５Ｂ（或いは１５Ａ）によって同じ逆方向へ押し出されることになる。

従って、本実施例に係る電気・油圧リニアサーボ弁によれば、弁スプール２の駆動に該スプール両端に配置された二つのボイスコイル形リニアモータ１０Ａ，１０Ｂによる倍増した推力を弁スプール２に同時に作用させることができるため、ボイスコイル形リニアモータ自体を大形化することなく高応答性を維持しつつも弁スプール駆動推力を増大させ、以て大流量形の高速リニアサーボ弁として機能させることが可能である。

本実施例に係る電気・油圧リニアサーボ弁では、弁スプール２の両端部に、弁ボディ１側から第１及び第２のボイスコイル形リニアモータ１０Ａ，１０Ｂ側への作動油の流入を遮断して可動コイル１５Ａ，１５Ｂの軸方向変位を作動油による流体抵抗の無い環境で達成するためのダイヤフラム５Ａ，５Ｂがそれぞれ配置されており、両側のボイスコイル形リニアモータ１０Ａ、１０Ｂは高速応答のドライタイプとなっている。

また、弁スプール２の両端部にダイヤフラムを配置しただけでなく、更に弁スリーブ３のポート配置と弁スプール２のランド・溝配置を弁スプール軸方向に関して中央部の圧油入口ポートＰに対し対称的な構成とし、弁スプール両端部のダイヤフラム５Ａ，５Ｂで仕切られた弁ボディ側空間を互いにドレンポートに連通してある。このため、両側の可動コイル１５Ａ，１５Ｂが非励磁状態になった時に両側のダイヤフラム５Ａ，５Ｂの弾性復帰力によって弁スプール２を中立位置に復帰させることができ、たとえタンクポートＴ側に外部油圧回路側の理由で何らかの圧力が生じたときでも、ダイヤフラム５Ａ，５Ｂでそれぞれ仕切られた弁スプール両端部の弁ボディ側空間が互いにドレンポートＤＲへ連通されているので、弁スプール２に対しては軸方向に関して圧力バランスの偏りが相殺される。従って、可動コイル１５Ａ，１５Ｂの励磁開始に際して、弁スプール２を偏った圧力バランスに対抗して中立位置に戻すための初期推力を与えるバイアス電流は不要であり、励磁開始と同時に遅れなく制御を開始して、高応答を維持することができる。この場合、両側のダイヤフラム５Ａ，５Ｂで確保される弁スプールの機械的な中立位置は、差動トランス式変位センサを構成する位置センサコア１９の零点位置に対応させることができ、それにより、制御アンプ２０によるスプール位置のサーボ制御も高速・高応答に果たすことが可能となる。

１：弁ボディ
２：弁スプール
３：弁スリーブ
４Ａ，４Ｂ：スプール端部固定ネジ
５Ａ，５Ｂ：ダイアフラム
７Ａ，７Ｂ：弁ボディ端板
８Ａ，８Ｂ：押さえリング
９Ａ，９Ｂ：回り止めピン
１０Ａ，１０Ｂ：ボイスコイル形リニアモータ
１１Ａ，１１Ｂ，３１：Ｅ形ヨーク
１２Ａ，１２Ｂ，３２：外側ヨーク部
１３Ａ，１３Ｂ，３３：中央ヨーク部
１４Ａ，１４Ｂ，３４：永久磁石界磁
１５Ａ，１５Ｂ，３５：可動コイル
１６ａ，１６Ｂ：可動コイルボビン
１７：位置センサ貫通孔
１８：位置センサコイル
１９：位置センサコア
２０：制御アンプ

Claims (4)

1. 予め定められた数と配置で形成されたポートを有する弁ボディと、該弁ボディ内の弁スリーブ内を軸方向に沿って予め定められた位置へ移動することにより弁スリーブに設けられた複数のポートの開閉及びポート同士の連絡を切り換える弁スプールと、該弁スプールを弁スリーブ内で軸方向移動させる電磁リニアモータ装置とを備えた電気・油圧リニアサーボ弁において、
   前記電磁リニアモータ装置として、弁スプールの一端側に配置された第１のボイスコイル形リニアモータと、該弁スプールの他端側に配置された第２のボイスコイル形リニアモータとを備え、
   第１と第２のボイスコイル形リニアモータは、それぞれ、外側ヨーク部と中央ヨーク部とを有する縦断面Ｅ形ヨークと、外側ヨーク部の内周面に配置された永久磁石界磁と、外側ヨーク部と中央ヨーク部との間の間隙に前記永久磁石界磁に囲まれるように配置されて前記弁スプールと軸方向移動の往復について一体移動する筒型の可動コイルとを備え、
   第１と第２のボイスコイル形リニアモータには、それぞれの可動コイルの励磁による軸方向推力が前記弁スプールに対して同一方向に加算的に作用するように両可動コイルを互いに同期して励磁する制御アンプが接続されていることを特徴とする電気・油圧リニアサーボ弁。
2. 前記弁スプールの軸方向変位位置を電気的に検出する位置センサが第１又は第２のボイスコイル形リニアモータのいずれか一方の中央ヨーク部の内部に配置され、前記制御アンプが該位置センサからの検出信号に基づいて前記両可動コイルへの励磁電流を位置サーボ制御することを特徴とする請求項１に記載の電気・油圧リニアサーボ弁。
3. 前記弁スプールの両端部に、前記弁ボディ側から第１及び第２のボイスコイル形リニアモータ側への作動油の流入を遮断するダイヤフラムがそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気・油圧リニアサーボ弁。
4. 前記弁ボディ内で前記弁スリーブが軸方向に関して中央部の圧油入口ポート（Ｐ）を中心にしてその両側の一対の制御ポート（Ａ，Ｂ）、これら一対の制御ポートの更に両外側の一対のタンクポート（Ｔ，Ｔ）、及びこれら一対のタンクポートの更に両外側の一対のドレンポートを有する対称的なポート配置を有すると共に、前記弁スプールが前記対称的なポート配置に対応して軸方向に関して対称的なランド・溝配置を有し、弁スプール両端部のダイヤフラムで仕切られた弁ボディ側空間が互いに前記ドレンポートに連通されていることを特徴とする請求項３に記載の電気・油圧リニアサーボ弁。

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