JP2572436B2 - 流体圧サーボ弁 - Google Patents

流体圧サーボ弁

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JP2572436B2
JP2572436B2 JP63300373A JP30037388A JP2572436B2 JP 2572436 B2 JP2572436 B2 JP 2572436B2 JP 63300373 A JP63300373 A JP 63300373A JP 30037388 A JP30037388 A JP 30037388A JP 2572436 B2 JP2572436 B2 JP 2572436B2
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尚樹 袴田
順明 安藤
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隆之 勝田
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Toyota Motor Corp
Soken Inc
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、外部信号により流量制御を行なうことので
きるサーボ弁に関するものである。
〔従来の技術〕
従来の流量を制御するサーボ弁においては、案内弁が
スプール状となっており、このスプール状の案内弁が流
体圧によって左右方向のみの直線往復運動を行なうこと
によって制御している。
しかし、従来のサーボ弁においては、案内弁は上記の
ように左右方向のみの直線往復運動を行なっているた
め、自動車などの振動の大きいものに搭載した場合にこ
の振動が案内弁の運動方向に働くと、案内弁が勝手に移
動してしまうため、正確な流量制御ができなくなるとい
う問題が生じてしまう。
また、実開昭62−126673号公報においては、弁をモー
タによって直接回転させることにより、流量制御を行な
っている。このようなモータバルブでは弁を介して流体
圧力をモータが直接受けることになり、弁の駆動時には
回転トルクを流体圧力以上にしなくてはならないため、
必要電流値が大きくなり、かつモータの体格も大きくな
ってしまう。さらに、応答性が非常に悪いという問題も
生じていた。
さらに、特公昭37−11321号公報には中筒と主ロータ
リー弁との間に画成された一対の圧力室間の圧力差を、
該ロータリー弁と同心円状に配置された補助ロータリー
弁により制御する二重回転型サーボバルブが記載されて
いる。
この場合、主ロータリー弁が回転した位置において、
その位置を維持するため、補助ロータリー弁の回転力を
発生させる励磁コイルへの吸着力と、主ロータリー弁を
回転させるために発生した圧力差とが直接つりあうよう
に構成されているため、主ロータリー弁を回転させるだ
けの大きな圧力差と直接つりあうだけの大きな励磁力を
必要とし、駆動手段等が大型化していた。
〔発明が解決しようとする課題〕
そこで本発明では、振動を受けても流量制御を正確に
行なうことができかつ小型で応答性の良いサーボ弁を提
供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
そこで本発明では、少なくともプレッシャポート、コ
ントロールポートおよびリターンポートが形成されたハ
ウジングと、このハウジング内に設けられ、回転駆動に
よって前記各ポート間の連通を制御する案内弁と、 前記ハウジングと前記案内弁とに囲まれ、かつ前記プ
レッシャポートと連通されており、前記プレッシャポー
トからの流体圧力によって前記案内弁を回転駆動させる
少なくとも一対の圧力室と、 前記リターンポートと前記一対の圧力室との連通を制
御するために、外部信号により駆動される駆動手段によ
って所定角度回転し、前記一対の圧力室の圧力を制御す
るパイロット弁とを備え、 前記案内弁は、前記パイロット弁により制御された前
記一対の圧力室の圧力差に応じて回転移動するととも
に、前記パイロット弁は、前記案内弁が所定の回転角度
位置で前記一対の圧力室の圧力がほぼ平衡することによ
り静止するよう前記一対の圧力室の圧力を制御するとい
う技術的手段を採用するものである。
[作用] 上記技術的手段を採用することによって、所定の圧力
差によって案内弁が回転した後、案内弁が所定の回転角
度位置に位置決めされる際、一対の圧力室の圧力がほぼ
平衡となるようパイロット弁により圧力室への連通が制
御される。そのため、案内弁をある角度位置に維持する
ための回転力とパイロット弁の駆動力とは直接関りがな
く、駆動手段からはパイロット弁へは、圧力室への連通
を制御するのに必要なトルクだけが発生される。
〔実施例〕
第1図は本発明のサーボ弁の断面図を示す。10はトル
クモータ部であり、この詳細な構造を第2図に第1図に
おけるA−A矢視図として示す。トルクモータ部10に
は、アーマチュア11が設けられており、このアーマチュ
ア11はアーマチュア11に対向する2個のコイル12,13の
内側円筒状中空部14をDを軸線として回転可能となって
いる。さらにコイル12,13の外周部はヨーク16に固定さ
れ、このヨーク16の上方には第1図に示す如く永久磁石
17が設けられている。
この永久磁石17はヨーク16の磁極片18のうち上方がN
(S),下方がS(N)となるように取り付けられてお
り、コイル12および13に通電することによってアーマチ
ュア11の左右端にN極,S極が発生し、上記磁極片18との
間に引力,斥力が発生するようになっている。
さらに、第1図に示す如くこのトルクモータ部10を囲
むカバー20の上方には回転角センサ21が取付けられ、そ
のシャフト部15はカバー20に設けた穴部を貫通し、バル
ブ部30のパイロット弁31のシャフト上部に固定されパイ
ロット弁31と一体で回転するようになっている。
第2図において、25は平衡スプリングで一端はアーマ
チュア11に、他端は調整ネジ26に接し、アーマチュア11
の回転トルクに対する反力を発生する。また調整ネジ26
を回転させることによってアーマチュア11の中立位置を
調整することができる。
第3図は第1図におけるB−B矢視図であり、バルブ
部30の詳細な構造を示す。
バルブ部30の案内弁100は概略円板状をなし、Dを軸
線として回転往復運動をするロータリ式案内弁である。
そしてこのロータリ式のバルブ部30は流体通路であるプ
レッシャポート70a及び70bから供給される流体を管路32
a,32b,33a,33b、さらにオリフィス34a,34b,35a,35bを通
って管路36a,36b,37a,37bに導きノズル38a,38b,39a,39b
からリターン部である円筒状の穴40に流出させる流路を
有している。また管路36a,36b,37a,37bの一端は案内弁1
00とハウジング71とで構成する圧力室41a,41b,42a,42b
にそれぞれ開放されている。そして、ランド50a,50b,51
a,51b,52aおよび52bが形成されている。第4図は案内弁
100の第1図におけるC−C矢視図であり、これに示さ
れているように案内弁100には穴40からリターンポート6
0a,60bに流体を導く管路65が形成されている。ここでラ
ンド50aと50b,51a,51b,52aと52b,プレッシャポート70a,
70b,圧力室41aと41b,42aと42b,管路32aと32b,33aと33b,
36aと36b,37aと37b、及びこれら管路が有するオリフィ
ス34aと34b,35aと35b,ノズル38aと38b,39aと39bは点0
を中心とした点対称の位置にあり、それぞれは同じ大き
さ同じ形状をした1対のものである。さらにハウジング
71が有するコントロールポート72aと72b,リターンポー
ト60aと60bもプレッシャポート70a,70b同様点0を中心
とした点対称位置にあり、同じ大きさ同じ形状である。
パイロット弁31はロータリ式案内弁100にあけられた穴4
0の中に組み込まれていて、上端部がトルクモータ部10
のアーマチュア11に固定されているため、永久磁石17と
コイル12,13によりDを軸線としてアーマチュア11と一
体で微少往復回転をする。
また中立状態におけるパイロットバルブ31のエッジ部
75a,75b,76a,76bはノズル38a,38b,39a,39bそれぞれの軸
線に一致する位置にある。
80a,80bは入力信号のないときに案内弁100を中立状態
に保持するための中立用スプリングであり、案内弁100
とハウジング71との間に設けられ、図示しない固定用の
穴に挿入されている。85はフィルタ部である。
以下にこのロータリ式サーボ弁の作用について3方弁
を例にとって述べる。
コイル12,13に入力電流を流すことによりアーマチュ
ア11に磁気的極性を与え、これと磁極片18との磁気的引
力・斥力によってこのアーマチュア11をDを軸線として
微少回転させる。このときの回転力は入力電流に比例
し、平衡スプリング25の復元力と釣り合った位置で静止
する。パイロット弁31の上端はこのアーマチュア11に固
定されているためアーマチュア11の回転角はパイロット
弁31の回転角と等しくなる。
第5図はパイロット弁31が反時計まわりにθだけ回転
した場合を示す断面図であり、パイロット弁31のエッジ
部75aと75bはノズル38aと38bの開口部面積それぞれを減
少させ、反対にエッジ部76aと76bはノズル39aと39bそれ
ぞれの開口部面積を増大させる。この結果圧力室41aと4
1bの圧力は増加し、圧力室42aと42bの圧力は減少する。
このため圧力室41a,41bと42a,42bとの間に圧力差が生
じ、この圧力差がロータリ式案内弁100を反時計まわり
に回転させる。この案内弁100の回転によってノズル38a
と38bの開口部面積は増大しはじめ、ノズル39a,39bの開
口部面積は減少しはじめる。そしてついにノズル38a,38
b,39aと39bの開口部面積が等しくなると圧力差41a,41b,
42a,42bの圧力が等しくなり、この位置にて案内弁100は
静止する。その状態を第6図に示す。パイロット弁31が
回転した角度θだけ回転している。ただし、ここでは中
立用スプリング80a,80bの反力、あるいは案内弁100に作
用する流体反力等は無視して説明している。案内弁100
がθだけ回転したことにより、コントロールポート72a
及び72bがθに応じた開度をもち、その開度に応じた流
量がプレッシャポート70a及び70bからコントロールポー
ト72a及び72bにそれぞれ流れ込む。この時ランド50aと5
0b,51aと51b,52aと52b,オリフィス34aと34b,35aと35b,
ノズル38aと38b,39aと39bは点0を中心とした点対称位
置にそれぞれあるため流体圧力の非対称性のために案内
弁100の半径方向に荷重がかかるということはない。こ
こで入力電流の方向を切替えて、すなわちアーマチュア
11の磁気的特性を反対にしてパイロット弁31を時計まわ
りに回転させれば、これに追従して案内弁100も時計ま
わりに回転し、この回転角度に応じた流量がコントロー
ルポート72a,72bからリターンポート60a,60bにそれぞれ
流れ込む。もし入力電流を0とすれば、平衡スプリング
25及び中立用スプリング80a,80bによりパイロット弁31,
案内弁100ともに中立点にもどる。ここで案内弁回転角
に比例した流量がプレッシャポート70a,70bからコント
ロールポート72a,72bに、あるいはコントロールポート7
2a,72bからリターンポート60a,60bに流れ込むようにポ
ート形状を決定すれば、アーマチュア11の回転角は入力
電流に比例させることができるため、結局入力電流に比
例した案内弁100の回転角が得られ、さらにこの回転角
に比例した出力流量が得られることになる。
第7図に本発明のロータリ式油圧サーボ弁(3方弁)
を用いた制御回路例を示す。本実施例ではアクチュエー
タ(油圧ピストンシリンダ)200で負荷300の位置決めを
行っているものである。今、制御信号発生部210から位
置設計信号が制御系の入力端220に加えられると、ここ
で負荷の現在位置を検出器230にて検出し、これをフィ
ードバック信号として前記位置設定信号と比較し誤差信
号を生ずる。この誤差信号は増幅器240により増幅され
電気油圧サーボ弁250の図示しないトルクモータのコイ
ルに誤差電流を流す。これにより電気油圧サーボ弁250
が作動しタンク261,ポンプ262よりなる油圧供給源260か
らアクチュエータ(油圧ピストンシリンダ)200にポン
プ262によって誤差電流に比例した油圧を供給する。こ
れによって油圧ピストンシリンダ200は制御駆動されそ
のピストン軸に連結された負荷300を目標位置まで動か
す。
第8図に本発明の第2実施例を示す。第8図に示すよ
うに201a,201bにプレッシャポート、202a,202bに第1コ
ントロールポート、203a,203bに第2コントロールポー
ト、204a,204bにリターンポート、205a,205bに管路を配
置させることにより4方弁のロータリ式サーボ弁とな
る。作動原理は第1実施例である3方弁と同様である。
〔発明の効果〕
本発明を採用することにより、所定の圧力差によって
案内弁が回転した後、案内弁が所定の回転角度位置に位
置決めされる際、圧力室の圧力がほぼ平衡となるようパ
イロット弁により圧力室への連通が制御される。そのた
め、案内弁をある角度位置に維持するための回転力は従
来よりも軽減され、駆動手段はパイロット弁へは圧力室
への連通を制御するのに必要なトルクだけを発生すれば
よく、全体が小型化できるとともに、応答性の向上が図
られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例を示す断面図、第2図は第
1図におけるA−A矢視図、第3図は第1図におけるB
−B矢視図、第4図は第1図におけるC−C矢視図の1
部、第5図および第6図は本発明の第1実施例の作用を
示す断面図、第7図は本発明を用いた油圧回路図、第8
図は本発明の第2実施例を示す断面図である。 10……トルクモータ部(回転駆動手段),31……パイロ
ット弁,41,42……圧力室,71……ハウジング,100……案
内弁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平岩 信男 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 勝田 隆之 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 実開 昭62−126673(JP,U) 特公 昭37−11321(JP,B1)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくともプレッシャポート、コントロー
    ルポートおよびリターンポートが形成されたハウジング
    と、 このハウジング内に設けられ、回転駆動によって前記各
    ポート間の連通を制御する案内弁と、 前記ハウジングと前記案内弁とに囲まれ、かつ前記プレ
    ッシャポートと連通されており、前記プレッシャポート
    からの流体圧力によって前記案内弁を回転駆動させる少
    なくとも一対の圧力室と、 前記リターンポートと前記一対の圧力室との連通を制御
    するために、外部信号により駆動される駆動手段によっ
    て所定角度回転し、前記一対の圧力室の圧力を制御する
    パイロット弁とを備え、 前記案内弁は、前記パイロット弁により制御された前記
    一対の圧力室の圧力差に応じて回転移動するとともに、
    前記パイロット弁は、前記案内弁が所定の回転角度位置
    で前記一対の圧力室の圧力がほぼ平衡することにより静
    止するよう前記一対の圧力室の圧力を制御することを特
    徴とする流体圧サーボ弁。
JP63300373A 1988-11-28 1988-11-28 流体圧サーボ弁 Expired - Lifetime JP2572436B2 (ja)

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JP2727701B2 (ja) * 1989-11-10 1998-03-18 株式会社日本自動車部品総合研究所 流体圧サーボ弁
JP2569907B2 (ja) * 1990-06-04 1997-01-08 株式会社日本自動車部品総合研究所 流体圧サーボ弁
JP4663856B2 (ja) * 1999-12-03 2011-04-06 株式会社アマダ 液圧シリンダの駆動方法および装置

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