JP5876185B1

JP5876185B1 - 電磁比例制御弁システム

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Publication number: JP5876185B1
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Abstract

【課題】スプリング力を小さくした上で所定の制御特性を得ることができ、小型コンパクト化が可能である電磁比例制御弁システムを得る。【解決手段】３位置比例制御弁１０のメインスプールの両端に設けられてその移動制御を行う左右の位置制御装置２０，３０を備える。左右の位置制御装置はそれぞれ、メインスプールの端部に対向配置された位置フィードバックスプリング２５，３５、このスプリングを挟んでメインスプールの端部と反対側においてこのプリングに対向配置されたパイロット制御弁２１，３１、およびそのパイロットスプールにおける上記スプリングが対向する端部とは反対側の端部に電磁押圧力を加える比例ソレノイド２７，３７を備える。パイロットスプールが位置フィードバックスプリングの押圧付勢力および比例ソレノイドの電磁力を受けて移動されてパイロット制御弁が作動制御され、その出力圧をパイロットスプールの両端に作用させて、比例ソレノイドの電磁力に対して逆特性で出力圧を出力させる制御を行う。【選択図】図２

Description

本発明は、電磁力を用いてスプール位置制御を行う電磁比例制御弁を用いたシステムに関する。

方向切換弁としては、３位置方向（順方向の流体供給位置、供給停止位置および逆方向の流体供給位置）の流体供給切換制御を行う３位置方向切換弁が知られている。この方向切換弁は、単純に３位置のオン・オフ切換を行うものもあるが、スプールが供給停止位置（中立位置）にあるときから、スプールの移動に応じて供給流体量を比例制御するものもある。このときのスプールの移動は、手動により直接制御するものもあるが、パイロット圧を用いた比例制御弁や、電気的に作動制御する（電磁力を用いて作動制御する）比例制御弁も良く知られている（例えば、特許文献１参照）。

電気的に作動制御する３位置方向切換弁のシステム構成の一例を図７に示している。このシステムは、３位置比例制御弁１００に加えて、そのスプール位置制御のために、左右のスプリング１０２ａ，１０２ｂと、パイロット圧供給源１１５からスプール左右端部へのパイロット圧供給制御を行う左右の電磁比例減圧弁１１１，１１２とを備える。３位置比例制御弁１００は、スプール位置に応じて中立位置（供給停止位置）１０１ｃと、左作動位置１０１ａと、右作動位置１０１ｂとを切換設定するもので、スプール位置を中立位置１０１ｃに設定することによりアクチュエータ１０８への油圧供給を停止し、左作動位置１０１ａに設定（左作動位置１０１ａを図示の中立位置１０１ｃの所に設定）することにより油圧ポンプ１０５からの作動油をアクチュエータ１０８の左油室（ボトム油室）に供給するとともに右油室（ロッド油室）の油をタンク１０６に排出させ、右作動位置１０１ｂに設定することにより油圧ポンプ１０５からの作動油をアクチュエータ１０８の右油室に供給するとともに左油室の油をタンク１０６に排出させる。

３位置比例制御弁１００の位置制御、すなわちスプール位置制御を行うには、電磁比例減圧弁１１１，１１２に作動指令信号を送り、作動指令信号に応じたパイロット圧をスプール端部に作用させる。例えば、スプールを左動させるには、右の電磁比例減圧弁１１２によりパイロット圧をスプールの右端部に作用させる。これによりスプールは左方向に押圧され、左スプリング１０２ａのスプリング力と釣り合う左動位置に移動され、上述した右作動位置１０１ｂが設定される。

特開２０１５−９８９３６号公報

上記のような構成のシステムにおいて、電磁比例減圧弁の動作範囲と制御精度、パイロット圧を受けるスプール端部の面積、スプールに作用する流体力、スプール移動に対する摩擦力などの外乱要因の影響を抑えるために必要とされる力、スプールを確実に中立位置に復帰させるために必要な力等を考慮すると、必要なスプリング力は比較的大きなものになり、大きなサイズのスプリングが必要となるという問題がある。さらに、電磁比例制御弁はスプリングを収容するスプリング室に一体的に設置することが望ましいが、このためには、３位置比例制御弁のスプール端部側に大きな空間を必要とし、制御弁が大型化するという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、スプリング力を小さくした上で所定の制御特性を得ることができ、小型コンパクト化が可能である電磁比例制御弁システムを提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明に係る電磁比例制御弁システムは、３位置比例制御弁と、前記３位置比例制御弁のメインスプールの両端に設けられて前記メインスプールの移動制御を行う左右の位置制御装置とを備えて構成され、前記左右の位置制御装置はそれぞれ、前記メインスプールの端部に対向して押圧付勢可能な位置フィードバックスプリング、前記位置フィードバックスプリングを挟んで前記メインスプールの端部と反対側において前記位置フィードバックスプリングに対向配置されたパイロット制御弁、および前記パイロット制御弁のパイロットスプールにおける前記位置フィードバックスプリングが対向する端部とは反対側の端部に電磁押圧力を加える比例ソレノイドを備え、前記パイロット制御弁から出力されるパイロット制御圧が前記パイロットスプールの左右端部に作用するように構成され、左右の前記パイロット制御弁から出力される左右のパイロット制御圧が前記メインスプールの左右の端部に作用して前記メインスプールの位置制御が行われる構成を有する。そして前記メインスプールが中立位置から左右いずれかに移動されたときに、移動側の前記位置フィードバックスプリングが前記メインスプールにより押圧圧縮され、移動側と反対側においては前記メインスプールの反対側端部が反対側の前記位置フィードバックスプリングから離れるように構成されており、前記移動側の前記パイロット制御弁において、前記パイロットスプールは、前記位置フィードバックスプリングの押圧付勢力および前記比例ソレノイドの電磁力を受けるとともに左右端部にパイロット制御圧による押圧力を受け、これらの力に応じて前記パイロットスプールが移動されて前記パイロット制御弁が作動制御され、前記メインスプールの端部に作用するパイロット制御圧を前記比例ソレノイドの電磁力に対し逆特性で制御して前記メインスプールの位置制御が行われる。

上記の電磁比例制御弁システムにおいて、好ましくは、前記パイロットスプールの左右端部におけるパイロット制御弁から出力されるパイロット制御圧を受ける面積が、前記位置フィードバックスプリングに対抗する端部より前記ソレノイドの電磁力を受ける側の方が大きく設定されている

上記の電磁比例制御弁システムにおいて、好ましくは、前記移動側と反対側の位置制御装置は、前記比例ソレノイドの電磁力に対して発生する前記パイロット制御弁の出力圧が逆特性を有し、この位置制御装置は電磁比例減圧弁として作用する。

上記の電磁比例制御弁システムにおいて、好ましくは、前記移動側の位置制御装置は、前記メインスプールによる押圧圧縮により変化する前記位置フィードバックスプリングのスプリング力を前記パイロットスプールに作用させて前記パイロット制御弁をフィードバック制御させ、前記比例ソレノイドの電磁力に対する閉ループ制御を行うように構成される。

上記の電磁比例制御弁システムにおいて、好ましくは、前記左右の位置制御装置のそれぞれにおいて、前記比例ソレノイドと並列に押圧力調整手段を設け、前記押圧力調整手段により調整された付加押圧力を、前記比例ソレノイドの電磁力に加えて、前記パイロットスプールにおける前記位置フィードバックスプリングが対向する端部とは反対側の端部に加えるように構成される。

本発明に係る電磁比例制御弁システムによれば、位置フィードバックスプリングを小型化することができ、このスプリングをパイロット制御弁と一体化することにより、システムをコンパクトな構成とすることができる。

本発明に係る電磁比例制御弁システムの概略構成を示す説明図である。前記電磁比例制御弁システムの位置制御装置の構成を詳しく示しながらシステムの全体構成を示す説明図である。図２に示す電磁比例制御弁システムにおける右側の位置制御装置を詳しく示す構成説明図である。上記右側の位置制御装置による制御特性を示すグラフである。図２に示す電磁比例制御弁システムにおける左側の位置制御装置を詳しく示す構成説明図である。本発明にかかる電磁比例弁制御システムおよび従来の比例制御弁システムにおけるスプールストロークと制御圧との関係を示すグラフである。従来の比例制御弁システムを示す説明図である。

以下、好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る電磁比例制御弁システムは、図１に示すように、油圧ポンプ１５からの作動油をアクチュエータ１８に供給する制御を、３位置比例制御弁１０により行うもので、３位置比例制御弁１０の作動を制御する左位置制御装置２０および右位置制御装置３０を備える。これら左右の位置制御装置２０，３０は、３位置比例制御弁１０のメインスプール１１の移動位置を制御するもので、３位置比例制御弁１０を左作動位置１０ａ、中立位置１０ｃおよび右作動位置１０ｂのいずれかに設定する。

具体的には、中立位置１０ｃに設定することにより、油圧ポンプ１５からのアクチュエータ１８への油圧供給を停止し、左作動位置１０ａに設定（左作動位置１０ａを図示の中立位置１０ｃの所に移動）することにより油圧ポンプ１５からの作動油をアクチュエータ１８の左油室（ボトム油室）に供給するとともに右油室（ロッド油室）の油をタンク１６に排出させ、右作動位置１０ｂに設定することにより油圧ポンプ１５からの作動油をアクチュエータ１８の右油室に供給するとともに左油室の油をタンク１６に排出させる。なお、左作動位置１０ａもしくは右作動位置１０ｂに設定するときには、メインスプール１１の移動量に応じて油圧ポンプ１５からアクチュエータ１８に供給する油量を制御（比例制御）する。

左右の位置制御装置２０，３０は、図２にその構成を詳しく示すように、メインスプール１１を挟んで左右対称に構成される。なお、図２においては、３位置比例制御弁１０のハウジング１４およびこのハウジング１４により軸方向に移動自在に支持されたメインスプール１１のみを示しており、その他の構成は省略している。左右の位置制御装置２０，３０はそれぞれ、左右のパイロット制御弁２１，３１と、左右の位置フィードバックスプリング２５，３５と、左右の比例ソレノイド２７，３７とを備える。３位置比例制御弁１０のハウジング１４内に、メインスプール１１の左右端部に対向して左右の収容室１２ａ，１２ｂが形成されている。メインスプール１１の左右端部はこれら左右の収容室１２ａ，１２ｂに対向し、左右の収容室１２ａ，１２ｂ内には左右の位置フィードバックスプリング２５，３５がそれぞれ配置されている。これら位置フィードバックスプリング２５，３５は図示のように、内側支持板２５ｂ，３５ｂを介してメインスプール１１の左右端部とそれぞれ当接するようになっている。

さらに、左右の収容室１２ａ，１２ｂの外側に位置フィードバックスプリング２５，３５とそれぞれ対向して左右のパイロット制御弁２１，３１が設けられている。これら左右のパイロット制御弁２１，３１のパイロットスプールの内側端部が、プッシュピン２５ｃ，３５ｃおよび外側支持板２５ａ，３５ａを介して位置フィードバックスプリング２５，３５と対向当接し、パイロットスプールの外側端部が左右の比例ソレノイド２７，３７と対向当接する。このため、左右のパイロット制御弁２１，３１のパイロットスプールは、内側から位置フィードバックスプリング２５，３５の付勢力を受け、外側からは左右の比例ソレノイド２７，３７の押圧力を受ける。比例ソレノイド２７，３７は制御ライン２９ａ，３９ａを介してコントローラ２９，３９に繋がり、コントローラ２９，３９からの制御信号を受けて作動される。なお、コントローラ２９，３９は一体構成である。

左右のパイロット制御弁２１，３１には、パイロット圧供給源２３，３３からのパイロット圧ライン２３ａ，３３ａと、タンク２４，３４に至るタンクライン２４ａ，３４ａと、出力ライン２２，３２が繋がっている。出力ライン２２，３２は、左右のパイロット制御弁２１，３１の出力ポートに繋がる第１出力ライン２２ａ，３２ａと、ここから左右に分岐した第２出力ライン２２ｂ，３２ｂおよび第３出力ライン２２ｃ，３２ｃを有する。第２出力ライン２２ｂ，３２ｂはそれぞれ左右のパイロット制御弁２１，３１の外側端部油室に繋がり、第３出力ライン２２ｃ，３２ｃは上記左右の収容室１２ａ，１２ｂに繋がる。このため、左右の収容室１２ａ，１２ｂの内圧がプッシュピン２５ｃ，３５ｃを介してパイロットスプールの内側端部に作用し、これと同一圧力の油圧がパイロットスプールの外側端部にも作用する。図においてプッシュピン径がパイロットスプール径より小さく示されているように内側端部の受圧面積は外側端部の受圧面積より小さい。なお、パイロット圧供給源２３，３３は同一のものであり、同一のパイロット圧を供給する。タンク２４，３４は一体のものであっても良い。

左右のパイロット制御弁２１，３１は、パイロットスプールの移動に応じて、中立位置２１ｃ，３１ｃ、外側作動位置２１ａ，３１ａおよび内側作動位置２１ｂ，３１ｂに設定される構成である。中立位置２１ｃ，３１ｃに設定されたときには、パイロット圧ライン２３ａ，３３ａおよびタンクライン２４ａ，３４ａと出力ライン３２の連絡が遮断される。内側作動位置２１ｂ，３１ｂに設定されたときには、パイロット圧ライン２３ａ，３３ａと出力ライン２２，３２が繋がり、パイロット圧供給源２３，３３からパイロット圧が出力ライン２２，３２に供給される。一方、外側作動位置２１ａ，３１ａに設定されたときにはタンクライン２４ａ，３４ａと出力ライン２２，３２が繋がり、出力ライン２２，３２からタンク２４，３４に油が排出される。

以上のように構成された電磁比例制御弁システムにより、油圧ポンプ１５からアクチュエータ１８への作動油供給を制御する作動を説明する。図２には、メインスプール１１が距離Ｘだけ左動した状態を示しており、まず、この状態での右位置制御装置３０の作動を説明する。右位置制御装置３０においては、右内側支持板３５ｂがハウジング１４に当接しており、メインスプール１１は右内側支持板３５ｂから離れている。このため、右位置フィードバックスプリング３５からメインスプール１１に付勢力が作用せず、逆に言えば、右位置フィードバックスプリング３５にはメインスプール１１からの押圧力が作用しない。

この状態での右位置制御装置３０を図３に詳しく示している。右比例ソレノイド３７と並列に右調整機構３８があり、右調整ネジ３８ｂにより付勢力が調整可能となった右調整スプリング３８ａを備える。このときの、右比例ソレノイド３７から右パイロット制御弁３１の右パイロットスプールに作用する内側への電磁押圧力をＦ(R)solとし、右位置フィードバックスプリング３５から右パイロットスプールに作用する外側への付勢力をＦ(R)fbとし、右調整スプリング３８ａから右パイロットスプールに作用する内側への押圧力を
Ｆ(R)adとし、右収容室１２ｂ内の油圧をＰｂとし、右パイロットスプールにおける右収
容室１２ｂからの油圧を受ける受圧面積をＡ(R)ｙとし、右パイロットスプールの右側（
外側）端部における右出力ライン３２からの油圧を受ける受圧面積をＡ(R)ｚとすると、
右パイロットスプールに作用する力関係を示す下記の条件式（１）が成立する。なお、Ａ(R)ｙ＞Ａ(R)ｚとなるように両受圧面積が設定されている。

（数１）
Ｐｂ＊（Ａ(R)ｙ−Ａ(R)ｚ）＋Ｆ(R)sol＋Ｆ(R)ad＝Ｆ(R)fb ・・・（１）
この条件式（１）から右収容室１２ｂ内の油圧Ｐｂ、すなわち、右パイロット制御弁３１により調圧される出力ライン３２の圧力である左制御圧力Ｐｂは、条件式（２）で表さ
れる。
（数２）
Ｐｂ＝［−Ｆ(R)sol＋（Ｆ(R)fb−Ｆ(R)ad）］／（Ａ(R)ｙ−Ａ(R)ｚ）・・・（２）

条件式（２）において、右位置フィードバックスプリング３５の付勢力Ｆ(R)fbおよび
右調整スプリング３８ａによる押圧力Ｆ(R)adは一定で、メインスプール１１の受圧面積
をＡ(R)ｙおよび右パイロットスプールの受圧面積をＡ(R)ｚも一定（但し、Ａ(R)ｙ＞Ａ(R)ｚ）であるので、右比例ソレノイド３７の電磁押圧力Ｆ(R)solを制御すれば、右制御圧力Ｐｂを制御できることが分かる。条件式（２）において、右制御圧力Ｐｂは負の値となることから分かるように、電磁押圧力Ｆ(R)solに反比例する関係である。この関係を図４に示しており、この図では縦軸に右制御圧力Ｐｂを示し、横軸に電磁押圧力Ｆ(R)solを示している。このことから分かるように、この状態における右位置制御装置３０は、電磁比例減圧弁として作用する。

なお、図３に示す状態から右制御圧力Ｐｂが高くなると、受圧面積Ａ(R)ｙ＞Ａ(R)ｚの関係から、右パイロットスプールが左に押され、右パイロット制御弁３１は外側作動位置３１ａが設定される。これにより右収容室１２ｂ内の作動油がタンク３４に排出されて右制御圧力Ｐｂが下がり、右パイロットスプールが右に戻される。一方、右制御圧力Ｐｂが低くなると、右パイロットスプールが右に移動し、右パイロット制御弁３１は内側作動位置３１ｂが設定され、出力ライン３２にパイロット圧供給源３３からパイロット圧が供給されて右制御圧力Ｐｂが上がり、右パイロットスプールが左に戻される。以上の作動により、右パイロットスプールは図３に示す状態、すなわち、電磁押圧力Ｆsolにより決まる
条件式（２）の関係が成立する位置に保持され、右制御圧力Ｐｂは電磁押圧力Ｆsolに対
応して条件式（２）により決まる圧力に維持される。

次に図２に示す状態における左位置制御装置２０を図５に詳しく示している。左位置制御装置２０においても右位置制御装置３０と同様に、左調整ネジ２８ｂにより付勢力が調整可能となった左調整スプリング２８ａを備えた左調整機構２８が、左比例ソレノイド２７と並列に設けられている。この状態では、メインスプール１１が左収容室１２ａ内に突出して左内側支持板２５ｂを介して左位置フィードバックスプリング２５を押圧圧縮している。このときの、左比例ソレノイド２７から左パイロット制御弁２１の左パイロットスプールに作用する内側への電磁押圧力をＦ(L)solとし、このように圧縮された状態の左位置フィードバックスプリング２５から左パイロットスプールに作用する外側への付勢力をＦ(L)fbとし、左調整スプリング２８ａから左パイロットスプールに作用する内側への押
圧力をＦ(L)adとし、左収容室１２ａ内の油圧をＰａとし、メインスプール１１の受圧面
積（収容室１２ａ，１２ｂからの圧力を受ける面積であり、左右同一の面積である）をＡspとし、左パイロットスプールにおける左収容室１２ａからの油圧を受ける受圧面積をＡ(L)ｙとし、左パイロットスプールの左側（外側）端部における左出力ライン２２からの
油圧を受ける受圧面積をＡ(L)ｚとする。その上で、メインスプール１１および左パイロ
ットスプールに作用する力関係を考える。なお、Ａ(L)ｙ＞Ａ(L)ｚであり、左位置フィードバックスプリング２５のバネ定数がＫであり、左位置フィードバックスプリング２５が中立位置のとき（Ｘ＝０のとき）のスプリング力をＦ(L)fb0とする。

まず、メインスプール１１に作用する力関係は下記条件式（３）で表せる。
（数３）
Ａsp＊Ｐａ＋Ｆ(L)fb＝Ａsp＊Ｐｂ・・・（３）

一方、左位置フィードバックスプリング２５が中立位置のとき（Ｘ＝０のとき）のメインスプール１１に作用する力関係は下記条件式（４）で表せる。但し、メインスプール１１が右内側支持板３５ｂと当接する直前位置での力関係で、メインスプール１１の右動開
始位置での力関係である。また、このときの収容室１２ａ内の油圧をＰa0とする。
（数４）
Ａsp＊Ｐa0＋Ｆ(L)fb0＝Ａsp＊Ｐｂ・・・（４）

左パイロット制御弁２１の左パイロットスプールに作用する力関係は下記条件式（５）となる。
（数５）
Ｆ(L)sol＋Ｆ(L)ad＋Ｐａ＊Ａ(L)ｙ＝Ｆ(L)fb＋Ｐａ＊Ａ(L)ｚ・・・（５）

また、左位置フィードバックスプリング２５が中立位置のとき（Ｘ＝０のとき）の左パイロットスプールに作用する力関係は下記条件式（６）で表せる。
（数６）
Ｐa0＊（Ａ(L)ｙ−Ａ(L)ｚ）＋Ｆ(L)sol0＋Ｆ(L)ad＝Ｆ(L)fb0 ・・・（６）

上記条件式（３）〜（６）を整理すると、下記の条件式（７）が得られる。
（数７）
Ｆ(L)sol＝（Ｆ(L)fb−Ｆ(L)fb0）＊［１＋（Ａ(L)ｙ−Ａ(L)ｚ）／Ａsp］＋Ｆ(L)sol0
・・・（７）
また、左位置フィードバックスプリング２５の特性から下記条件式（８）が成立する。
（数８）
Ｆ(L)fb＝Ｋ＊Ｘ＋Ｆ(L)fb0 ・・・（８）

条件式（７）および（８）から下記の条件式（９）が得られる。
（数９）
Ｆ(L)sol＝Ｋ＊［１＋（Ａ(L)ｙ−Ａ(L)ｚ）／Ａsp］＊Ｘ＋Ｆ(L)sol0 ・・・（９）

上記条件式（９）において、Ｋ＊［１＋（Ａ(L)ｙ−Ａ(L)ｚ）／Ａsp］およびＦ(L)sol0 はともに定数であるので、左比例ソレノイド２７の押圧力とメインスプール１１のス
トロークＸは比例関係にあることが分かる。ここで、左比例ソレノイド２７の電磁押圧力Ｆ(L)solを増加させると、パイロットスプールを右動させて左パイロット制御弁２１を外側作動位置２１ｂに設定し、出力ライン２２をタンクに接続させる。この結果、左収容室１２ａ内の左制御油圧Ｐａが下がるので、メインスプール１１が左に動き、左位置フィードバックスプリング２５を圧縮し、パイロットスプールを押し戻す。そして、上記条件式（９）の関係が成立する状態でパイロットスプールが釣り合って停止する。このようにメインスプール１１の位置が、左位置フィードバックスプリング２５を介して、指令（左比例ソレノイド２７の電磁押圧力Ｆ(L)sol）に対し、閉ループ制御される。

ここで、図７に示した従来の３位置比例制御弁１００の場合と、上記実施形態に係る電磁比例制御弁システムに係る３位置比例制御弁１０の場合との比較を説明する。図７の従来の３位置比例制御弁１００の場合において、例えば、スプール径が２８ｍｍで、中立位置からいずれか片方への最大ストローク１０ｍｍで、電磁比例減圧弁１１１，１１２のパイロット圧制御範囲を２．５barから２６barとした場合、スプリング１０２ａ，１０２ｂには取付荷重１５．４kgf、１０ｍｍの最大ストローク１０ｍｍ時に最大荷重１６０．０kgfの仕様のものが必要である。

一方、上記本発明の実施形態に係る電磁比例制御弁システムにおいては、メインスプール径２８ｍｍで、左右いずれか片方への最大ストローク１０ｍｍの場合、比例ソレノイドの電磁力を最大１．５kgfとし、電磁力が０kgfのときの制御圧力を２０bar、パイロット
スプール内外端受圧面積差（上記Ａ(L)ｙ−Ａ(L)ｚ）を４．５０mm² とすると、取付荷重０．９kgf、１０ｍｍストローク時の最大荷重２．４kgfの小さな位置フィードバックスプ
リング２５，３５とすることができる。このようにスプリングの最大荷重を１６０kgfか
ら２．４kgfまで、約１／６７に小型化することが可能である。

以上説明した本願発明の実施形態に係る電磁比例制御弁システムによれば、位置フィードバックスプリング２５，３５を小型化することができ、さらに、このスプリングをパイロット制御弁２１，３１と一体化することにより、システムをコンパクトな構成とすることができる。

また、図７に示す従来の電磁比例弁制御システムでは大きな対向スプリングを圧縮させる構成であるため、図６（Ｂ）に示すように、スプールの中立位置でこれを保持するに必要なスプリング力が必要とする上に、ストロークの増加に応じてスプリング力が増加し大きなバネ圧縮エネルギーが蓄積される。また、スプールを中立位置に戻すときにはこのように蓄積された大きなエネルギーが解放されるので、スプール作動速度に対する制御性は良くない。これに対して上記本発明の実施形態に係る電磁比例制御弁システムでは、位置フィードバックスプリング２５，３５を収容する収容室１２ａ，１２ｂ内の制御圧力Ｐａ，Ｐｂ、すなわちパイロット制御弁２１，３１の出力圧は概ね一定であるので、図６（Ａ）に示すように、位置フィードバックスプリング２５，３５のメータインおよびメータアウトの制御用オリフィスを通る差圧ΔＰｐは概ね一定で、制御性をメインスプール１１のストローク全般に亘り一定で且つ良好に保つことができる。

さらに、図５において示すように、メインスプール１１により位置フィードバックスプリングが圧縮される側においては閉ループ制御されるため、位置保持の剛性を、制御圧を用いて高くすることかでき、小型の位置フィードバックスプリングを使用しつつも、流体力や、流体固着力などの外乱の影響を受けにくく、高精度の位置制御が可能である。

また、不測の事態により指令信号が断たれたような場合にも従来の制御システムと同じ動作が補償される。例えば、左右両方の比例ソレノイド２７，３７の制御信号が断たれるとメインスプール１１は中立位置に復帰する。図３で示す側の位置制御装置において比例ソレノイドの制御信号が断たれた場合には、現在のメインスプール１１の位置を保持する。さらに、この状態から反対側の位置制御装置を用いてメインスプール１１を中立位置に戻すことが可能である。図５で示す側の位置制御装置において比例ソレノイドの制御信号が断たれた場合には、収容室の内圧が高くなってメインスプールが反対側に押されるが、これにより反対側の位置制御装置が位置制御を開始し、メインスプールの両端の圧力が等しくなるまで（左右の収納室の圧力が等しくなるまで）この位置制御が行われ、メインスプールは中立位置近傍に戻って保持される。

１０３位置比例制御弁１１メインスプール
１５油圧ポンプ１６タンク
２０，３０左右の位置制御装置２１，３１左右のパイロット制御弁
２５，３５左右の位置フィードバックスプリング
２７，３７左右の比例ソレノイド

Claims

３位置比例制御弁と、前記３位置比例制御弁のメインスプールの両端に設けられて前記メインスプールの移動制御を行う左右の位置制御装置とを備えて構成され、
前記左右の位置制御装置はそれぞれ、前記メインスプールの端部に対向して押圧付勢可能な位置フィードバックスプリング、前記位置フィードバックスプリングを挟んで前記メインスプールの端部と反対側において前記位置フィードバックスプリングに対向配置されたパイロット制御弁、および前記パイロット制御弁のパイロットスプールにおける前記位置フィードバックスプリングが対向する端部とは反対側の端部に電磁押圧力を加える比例ソレノイドを備え、前記パイロット制御弁から出力されるパイロット制御圧が前記パイロットスプールの左右端部に作用するように構成され、
左右の前記パイロット制御弁から出力される左右のパイロット制御圧が前記メインスプールの左右の端部に作用して前記メインスプールの位置制御が行われる構成を有し、
前記メインスプールが中立位置から左右いずれかに移動されたときに、移動側の前記位置フィードバックスプリングが前記メインスプールにより押圧圧縮され、移動側と反対側においては前記メインスプールの反対側端部が反対側の前記位置フィードバックスプリングから離れるように構成されており、
前記移動側の前記パイロット制御弁において、前記パイロットスプールは、前記位置フィードバックスプリングの押圧付勢力および前記比例ソレノイドの電磁力を受けるとともに左右端部にパイロット制御圧による押圧力を受け、これらの力に応じて前記パイロットスプールが移動されて前記パイロット制御弁が作動制御され、前記メインスプールの端部に作用するパイロット制御圧を前記比例ソレノイドの電磁力に対し逆特性で制御して前記メインスプールの位置制御が行われるように構成されたことを特徴とする電磁比例制御弁システム。
前記パイロットスプールの左右端部におけるパイロット制御弁から出力されるパイロット制御圧を受ける面積が、前記位置フィードバックスプリングに対抗する端部より前記ソレノイドの電磁力を受ける側の方が大きく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁比例制御弁システム。
前記移動側と反対側の位置制御装置は、前記比例ソレノイドの電磁力に対して発生する前記パイロット制御弁の出力圧が逆特性を有し、この位置制御装置は電磁比例減圧弁として作用することを特徴とする請求項２に記載の電磁比例制御弁システム。
前記移動側の位置制御装置は、前記メインスプールによる押圧圧縮により変化する前記位置フィードバックスプリングのスプリング力を前記パイロットスプールに作用させて前記パイロット制御弁をフィードバック制御させ、前記比例ソレノイドの電磁力に対する閉ループ制御を行うように構成されたことを特徴とする請求項２に記載の電磁比例制御弁システム。
前記左右の位置制御装置のそれぞれにおいて、前記比例ソレノイドと並列に押圧力調整手段を設け、前記押圧力調整手段により調整された付加押圧力を、前記比例ソレノイドの電磁力に加えて、前記パイロットスプールにおける前記位置フィードバックスプリングが対向する端部とは反対側の端部に加えるように構成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電磁比例制御弁システム。