JP4366671B2 - ノズルフラッパー型サーボバルブ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気・油圧サーボ弁に係わり、更に詳しくは、ノズルフラッパー型サーボバルブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、ノズルフラッパー型サーボバルブの構造図である。この図に示すように、ノズルフラッパー型サーボバルブは、トルクモータ１、ノズルフラッパ機構２、スプール３等からなる。トルクモータ１は上・下部磁極４ａ，４ｂ、マグネット５、コイル６およびアーマチュア７、フラッパ８、フィードバックスプリング９等で構成され、これにノズル１０を加えたものでハイドロリックアンプリファイアが形成される。
【０００３】
図４はかかるノズルフラッパー型サーボバルブの作動原理図である。（Ａ）入力電流をコイル６に流し、アーマチュア７に磁気的極性を与えると、アーマチュア７は、上下磁極との磁気的関係により、入力電流の大きさと磁極に応じて発生したトルクによって傾く。左右ノズルの中間に位置していたフラッパ８は、アーマチュア７と一体のため、アーマチュア７の傾きにつれて変位し、左右ノズルの背圧を変化させる。すなわち、フラッパ８が近づいた方のノズル背圧は上がり、遠ざかった方のノズル背圧は下がる。次いで、左右ノズル背圧は、スプール両端に導かれているので、背圧の変化によりスプール３が変位する。
【０００４】
（Ｂ） 次いで、 スプール３の変位は、アーマチュア７と一体構造のフィードバックスプリング９に、アーマチュア７の磁気的トルクと正反対のトルクを発生させ、フラッパ８を中立位置まで引き戻し、これにより左右ノズル背圧は等しくなり、スプールはその位置で停止する。
従って、上述の原理により、サーボバルブのスプールは、入力電流の極性の大きさに比例した弁開度を保つことができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来のノズルフラッパー型サーボバルブでは、フィードバックワイヤを有し、フィードバックワイヤの撓みによってスプール位置をノズルフラッパ開度にフィードバックすることにより、トルクモータ電流とサーボ弁開度（すなわちサーボ流量）を比例させている。
【０００６】
しかし、この構造のサーボバルブは、フィードバックワイヤを入れる溝の製造公差が厳しく（例えば２μｍ以内）、弁コストアップの１因となっていた。
すなわち、従来のサーボバルブでは、フィードバックワイヤの先端部（図で下端部）とスプールに設けられる溝との間に隙間（ガタ）があり、この隙間に起因するデッドバンド（不作動範囲）により、数％程度の比例誤差が生じてしまう問題点があった。
【０００７】
また、この隙間（ガタ）の発生を防ぐために、フィードバックワイヤの先端部をスプールに固定することも試みられているが、この場合、スプールが非常に小さい（例えば直径２〜３ｍｍ程度）ため、固定構造が複雑となり製作が困難である問題点があった。
そのため、従来は、精密加工されたスプール溝を正確に計測し、これにあわせて、多数のベアリング用ボールから最適直径のボールを選別し、フィードバックワイヤの先端にロウ付け等で固定していた。そのため、計測、選別、ロウ付け等に多大な時間と費用を要するばかりでなく、先端部形状が球形に限定されるため、フィードバックワイヤ先端の面圧が過大になりやすい問題点があった。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑み創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、フィードバックワイヤとスプール間の隙間（ガタ）をなくすことができ、かつ、構造がシンプルで製作が容易なノズルフラッパー型サーボバルブを提供することにある。また本発明の別の目的は、計測、選別、ロウ付け等を最小限にでき、かつ過大面圧の発生を防ぐことのできるノズルフラッパー型サーボバルブを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、入力電流に比例してアーマチュア（７）を傾け、これに固定されたフラッパ（８）を変位して差圧によりスプール（３）を変位させ、アーマチュアと一体構造のフィードバックスプリング（９）によりスプールの変位をアーマチュアにフィードバックして、入力電流に比例した弁開度にスプール位置を保つノズルフラッパー型サーボバルブにおいて、前記スプールは、互いに同軸上に配置されたシリンダポートＡ側のＡ側スプール（１２）とシリンダポートＢ側のＢ側スプール（１４）とからなり、かつＡ側スプールとＢ側スプールがフィードバックスプリングの先端部（９ａ）を直接押すことでＡ側スプールとＢ側スプール間にフィードバックスプリングの先端部（９ａ）が隙間なく挟持される、ことを特徴とするノズルフラッパー型サーボバルブが提供される。
【００１０】
上記本発明の構成によれば、スプールが、互いに同軸上に配置されたＡ側スプール（１２）とＢ側スプール（１４）からなり、かつ Ａ側スプールとＢ側スプール間にフィードバックスプリングの先端部（９ａ）が挟持される。この場合、各スプールの挟持側と反対側には、圧油Ｐｍ１、Ｐｍ２が作用しており、挟持側の圧力Ｐｃに対してＰ＞Ｐｍ１、Ｐｍ２＞Ｐｃは常時成立する。従って、Ａ側スプールはＰｍ１とＰｃ間の差圧で、Ｂ側スプールはＰｍ２とＰｃ間の差圧でそれぞれ常にフィードバックワイヤの先端部（９ａ）に押付けられているので、その間の隙間（ガタ）が皆無となり、デッドバンド（不作動範囲）に起因する比例誤差を最小限にすることができる。
【００１１】
また、従来一体だったスプールを２分割して別々に加工でき、かつ多大な時間と費用を要していた溝加工が実質的に不要となるので、製作が容易となる。
更に本発明の構成により、フィードバックワイヤの先端部の接触面形状は、球状を含む自由な形状にできるので、例えば接触面積を大きくして、面圧を減じることができる。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態によれば、フィードバックスプリングの先端部（９ａ）に向けてＡ側スプール（１２）及びＢ側スプール（１４）をそれぞれ付勢するバネ（１６）を備える。この構成により、油圧がかからない状態でもバネ力により隙間（ガタ）をなくし、デッドバンド（不作動範囲）の発生を防ぐことができる。
【００１３】
また、前記バネ（１６）は、Ａ側スプール及びＢ側スプールとバルブ本体の間にそれぞれ圧縮状態に挿入された圧縮コイルバネ（１６ａ、１６ｂ）、またはＡ側スプールとＢ側スプールの間に引張状態で挿入された引張コイルバネ（１６ｃ）であるのがよい。この構成により、簡単な構造で、油圧がかからない状態におけるデッドバンド（不作動範囲）の発生を防ぐことができる。
【００１４】
更にＡ側スプール（１２）及びＢ側スプール（１４）の向かい合う各端部は、フィードバックスプリングの先端部より狭い隙間を形成する縮径部（１２ａ、１４ａ）を有することが好ましい。この構成により、Ａ側スプール（１２）とＢ側スプール（１４）で従来の一体スプールと全く同形状となり、その特性を同一に維持できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１６】
図１は、本発明によるノズルフラッパー型サーボバルブの第１実施形態を示す部分構成図である。この図に示すように、本発明のノズルフラッパー型サーボバルブは、図３に例示したように、入力電流に比例してアーマチュア７を傾け、これに固定されたフラッパ８を変位して差圧によりスプール３を変位させ、アーマチュアと一体構造のフィードバックスプリング９によりスプール３の変位をアーマチュア７にフィードバックして、入力電流に比例した弁開度にスプール位置を保つようになっている。
【００１７】
更に図１に示すように、本発明のノズルフラッパー型サーボバルブのスプール３は、互いに同軸上に配置されたシリンダポートＡ側のＡ側スプール１２とシリンダポートＢ側のＢ側スプール１４とからなる。すなわち、Ａ側スプール１２とＢ側スプール１４は、互いに別体であるが、バルブ本体内に同軸上に配置されている。また、Ａ側スプール１２とＢ側スプール１４の間にフィードバックスプリング９の先端部９ａが挟持されている。
【００１８】
各スプール１２、１４の挟持側と反対側には、ノズルフラッパー型サーボバルブの使用時において、圧油Ｐｍ１、Ｐｍ２が作用している。また、挟持側は通常戻りポートに連通しているのでその圧力Ｐｃは０に近い。従って、Ｐｓ＞Ｐｍ１、Ｐｍ２＞Ｐｃが常時成立する。すなわち、Ａ側スプールはＰｍ１とＰｃ間の差圧で、Ｂ側スプールはＰｍ２とＰｃ間の差圧でそれぞれ常にフィードバックワイヤの先端部９ａに押付けられているので、その間の隙間（ガタ）が皆無となり、デッドバンド（不作動範囲）に起因する比例誤差を最小限にすることができる。
【００１９】
また、従来一体だったスプールを２分割して別々に加工でき、かつ多大な時間と費用を要していた溝加工が実質的に不要となるので、製作が容易となる。
更に本発明の構成により、フィードバックワイヤの先端部の接触面形状は、球状を含む自由な形状にできるので、例えば接触面積を大きくして、面圧を減じることができる。
【００２０】
さらにこの実施例において、Ａ側スプール１２及びＢ側スプール１４とバルブ本体の間にそれぞれ圧縮コイルバネ１６ａ、１６ｂが圧縮状態で挿入され、フィードバックスプリングの先端部９ａに向けてＡ側スプール１２及びＢ側スプール１４をそれぞれ付勢している。この構成により、油圧がかからない状態でもバネ力により隙間（ガタ）をなくし、デッドバンド（不作動範囲）の発生を防ぐことができる。
【００２１】
図２は、本発明によるノズルフラッパー型サーボバルブの第２実施形態を示す部分構成図である。この図において、Ａ側スプール１２とＢ側スプール１４の間に引張コイルバネ１６ｃが引張状態で挿入され、Ａ側スプール１２とＢ側スプール１４を互いに引き付けて、フィードバックスプリングの先端部９ａに向けて付勢している。この構成によっても、油圧がかからない状態でもバネ力により隙間（ガタ）をなくし、デッドバンド（不作動範囲）の発生を防ぐことができる。
【００２２】
またこの実施形態では、Ａ側スプール１２及びＢ側スプール１４は、その接触側に、縮径部１２ａ、１４ａを有し、この部分が互いに接してその周囲にフィードバックスプリング９の先端部９ａの幅寸法より狭い隙間を形成するようになっている。この構成により、Ａ側スプール１２とＢ側スプール１４で従来の一体スプールと全く同形状となり、その特性を同一に維持でき、かつその間に発生する隙間（ガタ）をなくし、デッドバンド（不作動範囲）の発生を防ぐことができる。
なお、その他の構成は図１と同様である。
【００２３】
本発明は以上に述べた実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。
【００２４】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、以下の効果が得られる。
１ フィードバックワイヤに起因するデッドバンドが解消する。
２ フィードバックワイヤ先端の磨耗量を減じるような設計が可能である。
３ 製作工程が簡素化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるノズルフラッパー型サーボバルブの第１実施形態を示す部分構成図である。
【図２】本発明によるノズルフラッパー型サーボバルブの第２実施形態を示す部分構成図である。
【図３】従来のノズルフラッパー型サーボバルブの構造図である。
【図４】ノズルフラッパー型サーボバルブの作動原理図である。
【符号の説明】
１ トルクモータ
２ ノズルフラッパ機構
３ スプール
４ａ，４ｂ 上・下部磁極
５ マグネット
６ コイル
７ アーマチュア
８ フラッパ
９ フィードバックスプリング
９ａ 先端部
１０ ノズル
１２ Ａ側スプール
１２ａ 縮径部
１４ Ｂ側スプール
１４ａ 縮径部
１６ バネ
１６ａ、１６ｂ 圧縮コイルバネ
１６ｃ 引張コイルバネ

Claims (4)

1. 入力電流に比例してアーマチュア（７）を傾け、これに固定されたフラッパ（８）を変位して差圧によりスプール（３）を変位させ、アーマチュアと一体構造のフィードバックスプリング（９）によりスプールの変位をアーマチュアにフィードバックして、入力電流に比例した弁開度にスプール位置を保つノズルフラッパー型サーボバルブにおいて、
   前記スプールは、互いに同軸上に配置されたシリンダポートＡ側のＡ側スプール（１２）とシリンダポートＢ側のＢ側スプール（１４）とからなり、かつＡ側スプールとＢ側スプールがフィードバックスプリングの先端部（９ａ）を直接押すことでＡ側スプールとＢ側スプール間にフィードバックスプリングの先端部（９ａ）が隙間なく挟持される、ことを特徴とするノズルフラッパー型サーボバルブ。
2. フィードバックスプリングの先端部（９ａ）に向けてＡ側スプール（１２）及びＢ側スプール（１４）をそれぞれ付勢するバネ（１６）を備える、ことを特徴とする請求項１に記載のノズルフラッパー型サーボバルブ。
3. 前記バネ（１６）は、Ａ側スプール及びＢ側スプールとバルブ本体の間にそれぞれ圧縮状態に挿入された圧縮コイルバネ（１６ａ、１６ｂ）、またはＡ側スプールとＢ側スプールの間に引張状態で挿入された引張コイルバネ（１６ｃ）である、ことを特徴とする請求項２に記載のノズルフラッパー型サーボバルブ。
4. Ａ側スプール（１２）及びＢ側スプール（１４）の向かい合う各端部は、フィードバックスプリングの先端部より狭い隙間を形成する縮径部（１２ａ、１４ａ）を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のノズルフラッパー型サーボバルブ。

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