JP7439423B2 - サーボバルブ - Google Patents

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Description

本発明は、流体圧シリンダの２つの圧力室に給排する流体の流量を制御するサーボバルブに関する。
従来から、例えば、磁石可動型の電磁アクチュエータを駆動源としてスプールの動作位置を制御し、エアシリンダに供給するエアの流量を制御するサーボバルブが知られている（例えば、特許文献１参照）。
一方、エアシリンダあるいはエアシリンダに接続する配管にスピードコントローラ（可変絞り弁）を設けて、エアシリンダの圧力室から排出されるエアの流量を絞るメータアウト制御や、エアシリンダの圧力室に供給するエアの流量を絞るメータイン制御を行う技術が知られている。メータアウト制御は、外乱に対して動作を安定させたい場合や、ストロークエンドに到達した後の推力の立ち上がりを早くしたい場合に用いられる。メータイン制御は、シリンダが勢いよく動き出す「飛び出し現象」を抑制したい場合や、ストロークエンドに到達した後の推力の立ち上がりを緩やかにしたい場合に用いられる。
特開２００３－２０６９０８号公報
しかしながら、サーボバルブによって制御されるエアシリンダにおいて、メータアウト制御あるいはメータイン制御を行う場合は、エアシリンダや配管にスピードコントローラを別途設ける必要がある。
本発明は、このような事情を背景としてなされたものであり、メータアウト制御あるいはメータイン制御を実現する独自の構造を備えたサーボバルブを提供することを目的とする。
本発明に係るサーボバルブは、流体圧シリンダの一方の圧力室および他方の圧力室に給排する流体の流量を制御するサーボバルブであって、複数の開口部を有するスリーブおよびスリーブの内側に配置されるスプールを備え、スプールには複数のランド部と複数の溝部とが設けられる。そして、スプールの変位によって一方の圧力室または他方の圧力室を流体供給源に接続する流路を構成する複数の開口部の１つおよび複数の溝部の１つが互いに重なる位置での第１の流路面積が、スプールの当該変位によって他方の圧力室または一方の圧力室を流体排出口に接続する流路を構成する複数の開口部の他の１つおよび複数の溝部の他の１つが互いに重なる位置での第２の流路面積とは異なる大きさとなっている。
上記サーボバルブによれば、流体圧シリンダにスピードコントローラを付設することなく、サーボバルブ自体の構成により、メータアウト制御またはメータイン制御を実現することができる。
本発明に係るサーボバルブは、スプールが変位したとき、スリーブの所定の開口部およびスプールの所定の溝部が互いに重なる箇所での第１の流路面積が、スリーブの他の所定の開口部およびスプールの他の所定の溝部が互いに重なる箇所での第２の流路面積とは異なる大きさとなっているので、サーボバルブ自体の構成により、メータアウト制御またはメータイン制御を実現することができる。
本発明のサーボバルブを含むシステムの全体図である。 本発明の第１実施形態に係るサーボバルブの断面図である。 図２のサーボバルブのスプールが中立位置にあるときのスリーブとスプールの関係を示した概念図である。 図２のスプールがＸ１方向に所定量だけ変位したときの図３に対応する図である。 図２のスプールがＸ１方向に図４の場合よりもさらに所定量変位したときの図３に対応する図である。 図２のスプールがＸ２方向に所定量だけ変位したときの図３に対応する図である。 図２のスプールがＸ２方向に図６の場合よりもさらに所定量変位したときの図３に対応する図である。 メータアウト制御が行われる場合の図２のサーボバルブのスプールの位置と流路の有効面積との関係を示す図である。 メータイン制御が行われる場合の図２のサーボバルブのスプールの位置と流路の有効面積との関係を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るサーボバルブのスプールが中立位置にあるときのスリーブとスプールの関係を示した概念図である。 本発明の第３実施形態に係るサーボバルブのスプールが中立位置にあるときのスリーブとスプールの関係を示した概念図である。 図１１のスプールがＸ１方向に変位したときのスリーブに形成された開口部の状態を示した図である。 図１１のスプールがＸ２方向に変位したときのスリーブに形成された開口部の状態を示した図である。 本発明の第４実施形態に係るサーボバルブのスプールが中立位置にあるときのスリーブとスプールの関係を示した概念図である。 図１４のスプールがＸ１方向に変位したときのスリーブに形成された開口部の状態を示した図である。 図１４のスプールがＸ２方向に変位したときのスリーブに形成された開口部の状態を示した図である。 本発明の第５実施形態に係るサーボバルブのスプールが中立位置にあるときのスリーブとスプールの関係を示した概念図である。 図１７のスプールがＸ１方向に変位したときのスリーブに形成された開口部の状態を示した図である。 図１７のスプールがＸ２方向に変位したときのスリーブに形成された開口部の状態を示した図である。
以下、本発明に係るサーボバルブについて、複数の好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係るサーボバルブ１０について、図１～図９を参照しながら説明する。
図１は、サーボバルブ１０によって流体圧シリンダ３６を制御するシステムの全体を示す概念図である。サーボバルブ１０は、流体圧シリンダ３６の一方の圧力室３６ａおよび他方の圧力室３６ｂに給排する流体の流量を制御するバルブであり、サーボバルブ１０の動作はバルブコントローラ６８によって制御される。ここで、「流体」とは、空気を含む圧縮性流体を意味する。なお、図１では、便宜上、サーボバルブ１０は一般的な回路記号を用いて示してある。
図２に示すように、サーボバルブ１０は、流路切換機構部１２とアクチュエータ部１４を有する。流路切換機構部１２は、筒状のバルブボデイ１６と、バルブボデイ１６の内部に配置されたスプール２８を含む。アクチュエータ部１４は、バルブボデイ１６の端部に配置されたステータ部３８と、スプール２８の端部に連結シャフト５４を介して連結されたマグネット部５２とを含む。以下の説明では、スプール２８の軸線方向と平行な向き、すなわち、スプール２８が移動する方向をＸ方向という。また、スプール２８がＸ方向に沿ってアクチュエータ部１４から離間する向きをＸ１方向、スプール２８がＸ方向に沿ってアクチュエータ部１４に接近する向きをＸ２方向という。
バルブボデイ１６は、その長手方向に貫通する孔部を有する。この孔部は、バルブボデイ１６のＸ１方向端部に形成された第１大径孔部１８ａと、バルブボデイ１６のＸ２方向端部に形成された第２大径孔部１８ｂと、これら第１大径孔部１８ａと第２大径孔部１８ｂとの間に形成された小径孔部１８ｃとからなる。
バルブボデイ１６には、小径孔部１８ｃに連通するとともにバルブボデイ１６の外周面に開口する第１ポート２０ａ～第５ポート２０ｅがＸ方向に並んで設けられている。第１ポート２０ａおよび第５ポート２０ｅは図示しない流体供給源に接続され、第３ポート２０ｃは図示しない流体排出口に接続されている。また、第２ポート２０ｂおよび第４ポート２０ｄは、それぞれ流体圧シリンダ３６の一方の圧力室３６ａおよび他方の圧力室３６ｂに接続されている（図１参照）。
バルブボデイ１６の小径孔部１８ｃには、円筒状のスリーブ２２が嵌挿されている。スリーブ２２は、バルブボデイ１６の第１大径孔部１８ａに固定された筒状のスリーブ押え２５と、バルブボデイ１６の第２大径孔部１８ｂのＸ１方向端部に固定された止め輪２６とによって、バルブボデイ１６の内部で軸方向に位置決め固定される。
図３に示すように、スリーブ２２は、それぞれが直径方向の両側でスリーブ２２の壁面を貫通する一対の開口からなる第１開口部２４ａ～第５開口部２４ｅを有する。第１開口部２４ａ～第５開口部２４ｅは、それぞれバルブボデイ１６の第１ポート２０ａ～第５ポート２０ｅに連通している。第１開口部２４ａ～第５開口部２４ｅを径方向から見た形状は、いずれも同一の矩形状であり、その幅（Ｘ方向と直交する長さ）はＸ方向に沿って一定である。本実施形態では、第１開口部２４ａ～第５開口部２４ｅの形状を矩形状としたが、長円形状を含む円形状としてもよい。
スリーブ２２の内側には、円柱状のスプール２８がＸ方向に移動可能に嵌挿されている。スプール２８には、スリーブ２２の内周面に密接する第１ランド部３０ａ～第４ランド部３０ｄがＸ方向に並んで設けられている。第１ランド部３０ａと第２ランド部３０ｂとの間には、外周面を周回する第１溝部３２ａが形成されている。同様に、第２ランド部３０ｂと第３ランド部３０ｃとの間には、外周面を周回する第２溝部３２ｂが形成され、第３ランド部３０ｃと第４ランド部３０ｄとの間には、外周面を周回する第３溝部３２ｃが形成されている。
図３に示すように、アクチュエータ部１４に通電がされておらずスプール２８が中立位置にあるとき、スリーブ２２の第２開口部２４ｂはスプール２８の第２ランド部３０ｂによって閉塞され、スリーブ２２の第４開口部２４ｄはスプール２８の第３ランド部３０ｃによって閉塞されている。これにより、流体圧シリンダ３６の一方の圧力室３６ａに接続される第２開口部２４ｂは、流体供給源に接続される第１開口部２４ａから遮断されるとともに、流体排出口に接続される第３開口部２４ｃからも遮断される。また、流体圧シリンダ３６の他方の圧力室３６ｂに接続される第４開口部２４ｄは、流体供給源に接続される第５開口部２４ｅから遮断されるとともに、流体排出口に接続される第３開口部２４ｃからも遮断される。
上記スプール２８の中立位置において、第２ランド部３０ｂが第１開口部２４ａと第２開口部２４ｂとの間のスリーブ２２の内壁面に接触するＸ方向長さ（ラップ長さ）ａ１は、第３ランド部３０ｃが第３開口部２４ｃと第４開口部２４ｄとの間のスリーブ２２の内壁面に接触するＸ方向長さ（ラップ長さ）ｂ１よりも小さい。また、スプール２８の中立位置において、第３ランド部３０ｃが第４開口部２４ｄと第５開口部２４ｅとの間のスリーブ２２の内壁面に接触するＸ方向長さ（ラップ長さ）ａ２は、第２ランド部３０ｂが第２開口部２４ｂと第３開口部２４ｃとの間のスリーブ２２の内壁面に接触するＸ方向長さ（ラップ長さ）ｂ２よりも小さい。本実施形態では、ａ２はａ１と同じ大きさであり、ｂ２はｂ１と同じ大きさとなっている。
ステータ部３８は、バルブボデイ１６のＸ２方向端部に固定されたステータハウジング４０の内側に収容されている。ステータ部３８は、強磁性体からなる固定ヨーク４２と、固定ヨーク４２の内側に配置された励磁コイル５０を有する。固定ヨーク４２は、Ｘ１方向側に配置される厚肉筒状の第１エンドヨーク４４と、Ｘ２方向側に配置される厚肉筒状の第２エンドヨーク４６と、第１エンドヨーク４４と第２エンドヨーク４６との間でそれらの外周面と面一に配置される薄肉筒状のアウタヨーク４８とからなる。
第１エンドヨーク４４の内周側には、第２エンドヨーク４６に向けて延びる第１極歯４４ａが突出して形成され、第２エンドヨーク４６の内周側には、第１エンドヨーク４４に向けて延びる第２極歯４６ａが突出して形成されている。励磁コイル５０に所定方向の電流を流すと、第１極歯４４ａはＮ極になり、第２極歯４６ａはＳ極になる。励磁コイル５０にその逆方向の電流を流すと、第１極歯４４ａはＳ極になり、第２極歯４６ａはＮ極になる。
マグネット部５２は、筒状の永久磁石からなる第１マグネット５２ａと、同じく筒状の永久磁石からなる第２マグネット５２ｂと、これら第１マグネット５２ａと第２マグネット５２ｂとの間に配置される強磁性体からなる筒状のインナヨーク５２ｃとを含む。第１マグネット５２ａの外周面は、第１エンドヨーク４４の第１極歯４４ａの内周面と向き合い、第２マグネット５２ｂの外周面は、第２エンドヨーク４６の第２極歯４６ａの内周面と向き合う。第１マグネット５２ａは、Ｘ１方向がＮ極、Ｘ２方向がＳ極となるように着磁されている。第２マグネット５２ｂは、Ｘ１方向がＳ極、Ｘ２方向がＮ極となるように着磁されている。
マグネット部５２は、一端がスプール２８に固定された連結シャフト５４の他端側に固定されている。具体的には、連結シャフト５４の他端側には、段部を介して小径軸部５４ａが形成されており、マグネット部５２はこの小径軸部５４ａに挿通され、さらにマグネット押え５５が挿通された後、小径軸部５４ａの端部にナット５６が螺合されて固定される。これにより、スプール２８は、マグネット部５２と一体となってＸ方向に変位可能である。
連結シャフト５４の外周側であって、バルブボデイ１６の第２大径孔部１８ｂには、第１コイルスプリング５８および第２コイルスプリング６０が配置されている。第１コイルスプリング５８は、スプール２８のＸ２方向端部に当接してスプール２８とともに移動可能な共通スプリング受け６２と、第１エンドヨーク４４のＸ１方向端部に当接する第１スプリング受け６４との間に配設される。第２コイルスプリング６０は、第１コイルスプリング５８の内側に配置され、共通スプリング受け６２と、連結シャフト５４の外周に固定された第２スプリング受け６６との間に配設される。
第１コイルスプリング５８は、スプール２８が中立位置からＸ２方向に変位すると、Ｘ方向に圧縮され、スプール２８に対してＸ１方向の付勢力を与える。第２コイルスプリング６０は、スプール２８が中立位置からＸ１方向に変位すると、Ｘ方向に圧縮され、スプール２８に対してＸ２方向の付勢力を与える。すなわち、第１コイルスプリング５８および第２コイルスプリング６０は、励磁コイル５０への通電を停止したとき、スプール２８を中立位置に戻すとともに、励磁コイル５０に通電をしていない状態にあるとき、スプール２８を安定して中立位置に保持する役割を担っている。
ステータハウジング４０には、マグネット部５２がＸ方向に変位するに伴って変化する磁束を検出可能な磁気センサ５３が設けられている。この磁気センサ５３によって、マグネット部５２と一体に変位するスプール２８の位置を検出することができる。
本実施形態に係るサーボバルブ１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、以下、その作用について説明する。なお、図３に示すように、スプール２８が中立位置にあるときを初期状態とする。
初期状態において、スリーブ２２の第２開口部２４ｂはスプール２８の第２ランド部３０ｂによって閉塞され、スリーブ２２の第４開口部２４ｄはスプール２８の第３ランド部３０ｃによって閉塞されている。このため、流体圧シリンダ３６の一方の圧力室３６ａおよび他方の圧力室３６ｂに対して流体の給排は行われない。
この初期状態から、励磁コイル５０に通電して励磁コイル５０に所定方向の電流を流すと、第１エンドヨーク４４の第１極歯４４ａはＮ極になり、第２エンドヨーク４６の第２極歯４６ａはＳ極になる。すると、第１エンドヨーク４４に生じる磁束と第１マグネット５２ａの磁束との相互作用、および、第２エンドヨーク４６に生じる磁束と第２マグネット５２ｂの磁束との相互作用により、マグネット部５２と一体のスプール２８はＸ１方向に変位する。
スプール２８がＸ１方向に変位していくと、まず、スプール２８の変位量がａ２となったところで、スプール２８の第３ランド部３０ｃによるスリーブ２２の第４開口部２４ｄの閉塞状態が解除され、スリーブ２２の第４開口部２４ｄがスプール２８の第３溝部３２ｃと重なり始める。続いて、スプール２８の変位量がｂ２となったところで、スプール２８の第２ランド部３０ｂによるスリーブ２２の第２開口部２４ｂの閉塞状態が解除され、スリーブ２２の第２開口部２４ｂがスプール２８の第２溝部３２ｂと重なり始める。
スリーブ２２の第４開口部２４ｄがスプール２８の第３溝部３２ｃと重なることで、流体圧シリンダ３６の他方の圧力室３６ｂに接続された第４ポート２０ｄが流体供給源に接続された第５ポート２０ｅに繋がる。また、スリーブ２２の第２開口部２４ｂがスプール２８の第２溝部３２ｂと重なることで、流体圧シリンダ３６の一方の圧力室３６ａに接続された第２ポート２０ｂが流体排出口に接続された第３ポート２０ｃに繋がる。
図４に示すように、スプール２８がＸ１方向に所定量だけ変位したとき、第４開口部２４ｄがＸ方向に長さＬ１だけ第３溝部３２ｃと重なり、第２開口部２４ｂがＸ方向に長さＬ２だけ第２溝部３２ｂと重なる。
中立位置において、第３ランド部３０ｃが第４開口部２４ｄと第５開口部２４ｅとの間のスリーブ２２の内壁面に接触するラップ長さａ２は、第２ランド部３０ｂが第２開口部２４ｂと第３開口部２４ｃとの間のスリーブ２２の内壁面に接触するラップ長さｂ２よりも小さいので、上記長さＬ２は、上記長さＬ１よりも（ｂ２－ａ２）だけ小さい。したがって、一方の圧力室３６ａから流体排出口に向かって流れる流路の有効面積は、流体供給源から他方の圧力室３６ｂに向かって流れる流路の有効面積よりも小さい。このため、他方の圧力室３６ｂに流体を供給するとともに一方の圧力室３６ａから流体を排出する際に、排出する流体の流量を絞るメータアウト制御が行われる。なお、「流路の有効面積」とは、流路中の最も狭い部位での断面積のことである。
図５に示すように、スプール２８がＸ１方向にさらに所定量変位したとき、第４開口部２４ｄは、Ｘ方向に上記長さＬ１よりも大きい長さＬ３だけ第３溝部３２ｃと重なり、第２開口部２４ｂは、Ｘ方向に上記長さＬ２よりも大きい長さＬ４だけ第２溝部３２ｂと重なる。上記長さＬ４は上記長さＬ３よりも小さいので、メータアウト制御が行われる。
上記長さＬ３は上記長さＬ１よりも大きいので、図４の場合と比べると、他方の圧力室３６ｂに供給する流体の流量が大きくなる。また、上記長さＬ４は上記長さＬ２よりも大きいので、図４の場合と比べると、一方の圧力室３６ａから排出される流体の流量も大きくなる。したがって、流体圧シリンダ３６の動作速度が大きくなる。
次に、励磁コイル５０に対する通電を停止し、スプール２８を中立位置に戻した後、再び励磁コイル５０に通電して励磁コイル５０に前記所定方向とは逆方向の電流を流すと、第１エンドヨーク４４の第１極歯４４ａはＳ極になり、第２エンドヨーク４６の第２極歯４６ａはＮ極になる。すると、第１エンドヨーク４４に生じる磁束と第１マグネット５２ａの磁束との相互作用、および、第２エンドヨーク４６に生じる磁束と第２マグネット５２ｂの磁束との相互作用により、マグネット部５２と一体のスプール２８はＸ２方向に変位する。
スプール２８がＸ２方向に変位していくと、まず、スプール２８の変位量がａ１となったところで、スプール２８の第２ランド部３０ｂによるスリーブ２２の第２開口部２４ｂの閉塞状態が解除され、スリーブ２２の第２開口部２４ｂがスプール２８の第１溝部３２ａと重なり始める。続いて、スプール２８の変位量がｂ１となったところで、スプール２８の第３ランド部３０ｃによるスリーブ２２の第４開口部２４ｄの閉塞状態が解除され、スリーブ２２の第４開口部２４ｄがスプール２８の第２溝部３２ｂと重なり始める。
スリーブ２２の第２開口部２４ｂがスプール２８の第１溝部３２ａと重なることで、流体圧シリンダ３６の一方の圧力室３６ａに接続された第２ポート２０ｂが流体供給源に接続された第１ポート２０ａに繋がる。また、スリーブ２２の第４開口部２４ｄがスプール２８の第２溝部３２ｂと重なることで、流体圧シリンダ３６の他方の圧力室３６ｂに接続された第４ポート２０ｄが流体排出口に接続された第３ポート２０ｃに繋がる。
図６に示すように、スプール２８がＸ２方向に所定量だけ変位したとき、第２開口部２４ｂがＸ方向に長さＬ５だけ第１溝部３２ａと重なり、第４開口部２４ｄがＸ方向に長さＬ６だけ第２溝部３２ｂと重なる。
中立位置において、第２ランド部３０ｂが第１開口部２４ａと第２開口部２４ｂとの間のスリーブ２２の内壁面に接触するラップ長さａ１は、第３ランド部３０ｃが第３開口部２４ｃと第４開口部２４ｄとの間のスリーブ２２の内壁面に接触するラップ長さｂ１よりも小さいので、上記長さＬ６は、上記長さＬ５よりも（ｂ１－ａ１）だけ小さい。したがって、他方の圧力室３６ｂから流体排出口に向かって流れる流路の有効面積は、流体供給源から一方の圧力室３６ａに向かって流れる流路の有効面積よりも小さい。このため、一方の圧力室３６ａに流体を供給するとともに他方の圧力室３６ｂから流体を排出する際に、排出する流体の流量を絞るメータアウト制御が行われる。
図７に示すように、スプール２８がＸ２方向にさらに所定量変位したとき、第２開口部２４ｂは、Ｘ方向に上記長さＬ５よりも大きい長さＬ７だけ第１溝部３２ａと重なり、第４開口部２４ｄは、Ｘ方向に上記長さＬ６よりも大きい長さＬ８だけ第２溝部３２ｂと重なる。上記長さＬ８は第４の上記長さＬ７よりも小さいので、メータアウト制御が行われる。
上記長さＬ７は上記長さＬ５よりも大きいので、図６の場合と比べると、一方の圧力室３６ａに供給する流体の流量が大きくなる。また、上記長さＬ８は上記長さＬ６よりも大きいので、図６の場合と比べると、他方の圧力室３６ｂから排出される流体の流量も大きくなる。したがって、流体圧シリンダ３６の動作速度が大きくなる。
図８は、上記のとおりメータアウト制御が行われる場合の、スプール２８の位置と第２ポート２０ｂを含む流路の有効面積との関係、および、スプール２８の位置と第４ポート２０ｄを含む流路の有効面積との関係を示した図である。横軸はスプール２８の位置を表しており、スプール２８が中立位置にあるときを原点として、スプール２８がＸ１方向に変位した量を負の値で示し、スプール２８がＸ２方向に変位した量を正の値で示している。また、縦軸は流路の有効面積を表しており、一方の圧力室３６ａまたは他方の圧力室３６ｂに対して流体を供給する際の流路の有効面積を正の値で示し、他方の圧力室３６ｂまたは一方の圧力室３６ａから流体を排出する際の流路の有効面積を負の値で示している。
スプール２８の位置と第２ポート２０ｂを含む流路の有効面積との関係は実線で示され、スプール２８の位置と第４ポート２０ｄを含む流路の有効面積との関係は点線で示されている。図８から理解されるように、スプール２８が中立位置からＸ１方向に所定以上変位したとき、他方の圧力室３６ｂの流体が第４ポート２０ｄを介して排出される流路の有効面積は、第２ポート２０ｂを介して一方の圧力室３６ａに流体が供給される流路の有効面積よりも小さい。また、スプール２８が中立位置からＸ２方向に所定以上変位したとき、一方の圧力室３６ａの流体が第２ポート２０ｂを介して排出される流路の有効面積は、第４ポート２０ｄを介して他方の圧力室３６ｂに流体が供給される流路の有効面積よりも小さい。
ここで、スプール２８のＸ１方向の最大変位量は、例えば、第５開口部２４ｅが第３溝部３２ｃと重なる箇所での流路面積よりも第４開口部２４ｄが第３溝部３２ｃと重なる箇所での流路面積の方が大きくなることがない範囲で設定される。同様に、スプール２８のＸ２方向の最大変位量は、例えば、第１開口部２４ａが第１溝部３２ａと重なる箇所での流路面積よりも第２開口部２４ｂが第１溝部３２ａと重なる箇所での流路面積の方が大きくなることがない範囲で設定される。
本実施形態では、スプール２８の中立位置において、ラップ長さａ１がラップ長さｂ１よりも小さく、かつ、ラップ長さａ２がラップ長さｂ２よりも小さくなるように設定したが、メータイン制御を行う場合は、この大小関係を逆に設定すればよい。すなわち、スプール２８の中立位置において、ラップ長さａ１がラップ長さｂ１よりも大きく、かつ、ラップ長さａ２がラップ長さｂ２よりも大きくなるように設定すれば、メータイン制御を行うことができる。
また、本実施形態では、流体供給源を第１ポート２０ａおよび第５ポート２０ｅに接続するとともに流体排出口を第３ポート２０ｃに接続したが、流体供給源を第３ポート２０ｃに接続するとともに流体排出口を第１ポート２０ａおよび第５ポート２０ｅに接続するように変更すれば、メータイン制御を行うことができる。
図９は、メータイン制御が行われる場合の、スプール２８の位置と第２ポート２０ｂを含む流路の有効面積との関係、および、スプール２８の位置と第４ポート２０ｄを含む流路の有効面積との関係を示した図である。前者は実線で示され、後者は点線で示されている。
図９から理解されるように、スプール２８が中立位置からＸ１方向に所定以上変位したとき、第４ポート２０ｄを介して他方の圧力室３６ｂに流体が供給される流路の有効面積は、一方の圧力室３６ａの流体が第２ポート２０ｂを介して排出される流路の有効面積よりも小さい。また、スプール２８が中立位置からＸ２方向に所定以上変位したとき、第２ポート２０ｂを介して一方の圧力室３６ａに流体が供給される流路の有効面積は、他方の圧力室３６ｂの流体が第４ポート２０ｄを介して排出される流路の有効面積よりも小さい。
スプール２８の位置は、バルブコントローラ６８によって制御される。バルブコントローラ６８には、図示しない上位のコントローラ（ＰＬＣ等）からスプール２８の目標位置に関する指令信号が入力されるほか、磁気センサ５３からスプール２８の現在位置に関する検出信号が入力される。バルブコントローラ６８は、これらの信号に基づいて、スプール２８を目標位置に変位させるべく、励磁コイル５０に対して所要の電力供給信号を出力する。
スプール２８の目標位置は、任意の位置に（無段階に）設定することが可能であるほか、中立位置以外の限定された複数の位置に設定することが可能である。限定された複数の位置の例としては、Ｘ１方向およびＸ２方向の所定の２位置、Ｘ１方向の所定の２位置とＸ２方向の所定の２位置の合計４位置等が考えられる。Ｘ１方向の複数の位置とＸ２方向の複数の位置を設定する場合は、流体圧シリンダ３６の往動と復動のそれぞれについて動作速度を段階的に調整することが可能となる。バルブコントローラ６８には、これら複数の目標位置を予め設定しておくことができる。目標位置の設定数が少ないほど、上位のコントローラからの指令信号を簡単な２値信号（ＯＮ／ＯＦＦ信号）の組み合わせとすることができる。
本実施形態に係るサーボバルブ１０によれば、スプール２８の中立位置におけるランド部と互いに隣接する２つの開口部間のスリーブ２２の内壁面とのラップ長さの設定に工夫を凝らしたので、サーボバルブ１０単独でメータアウト制御またはメータイン制御を行うことができる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るサーボバルブについて、図１０を参照しながら説明する。第２実施形態では、スプールの形状が第１実施形態と異なる。なお、スリーブとスプールを除く構成要素については、第１実施形態に係るサーボバルブ１０の構成要素とその参照符号を適宜用いて説明する。
円柱状のスプール７４には、スリーブ７０の内側に密接する第１ランド部７６ａ～第３ランド部７６ｃがＸ方向に並んで設けられている。第１ランド部７６ａと第２ランド部７６ｂとの間には、外周面を周回する第１溝部７８ａが形成され、第２ランド部７６ｂと第３ランド部７６ｃとの間には、外周面を周回する第２溝部７８ｂが形成されている。
スリーブ７０の第１開口部７２ａ～第５開口部７２ｅは、それぞれバルブボデイ１６の第１ポート２０ａ～第５ポート２０ｅに連通している。第１開口部７２ａ～第５開口部７２ｅを径方向から見た形状は、いずれも同一の矩形状であり、その幅はＸ方向に沿って一定である。
図１０に示すように、アクチュエータ部１４に通電がされておらずスプール７４が中立位置にあるとき、スリーブ７０の第１開口部７２ａはスプール７４の第１ランド部７６ａによって閉塞されている。同様に、スリーブ７０の第３開口部７２ｃはスプール７４の第２ランド部７６ｂによって閉塞され、スリーブ７０の第５開口部７２ｅはスプール７４の第３ランド部７６ｃによって閉塞されている。これにより、流体圧シリンダ３６の一方の圧力室３６ａに接続される第２開口部７２ｂは、流体供給源に接続される第１開口部７２ａから遮断されるとともに、流体排出口に接続される第３開口部７２ｃからも遮断される。また、流体圧シリンダ３６の他方の圧力室３６ｂに接続される第４開口部７２ｄは、流体供給源に接続される第５開口部７２ｅから遮断されるとともに、流体排出口に接続される第３開口部７２ｃからも遮断される。
上記スプール７４の中立位置において、第２ランド部７６ｂが第３開口部７２ｃと第４開口部７２ｄとの間のスリーブ７０の内壁面に接触するラップ長さｄ１は、第１ランド部７６ａが第１開口部７２ａと第２開口部７２ｂとの間のスリーブ７０の内壁面に接触するラップ長さｃ１よりも小さい。また、スプール７４の中立位置において、第２ランド部７６ｂが第２開口部７２ｂと第３開口部７２ｃとの間のスリーブ７０の内壁面に接触するラップ長さｄ２は、第３ランド部７６ｃが第４開口部７２ｄと第５開口部７２ｅとの間のスリーブ７０の内壁面に接触するラップ長さｃ２よりも小さい。本実施形態では、ｃ２はｃ１と同じ大きさであり、ｄ２はｄ１と同じ大きさとなっている。
スプール７４が中立位置からＸ１方向に変位していくと、まず、スプール７４の変位量がｄ１となったところで、スプール７４の第２ランド部７６ｂによるスリーブ７０の第３開口部７２ｃの閉塞状態が解除され、スリーブ７０の第３開口部７２ｃがスプール７４の第２溝部７８ｂと重なり始める。続いて、スプール７４の変位量がｃ１となったところで、スプール７４の第１ランド部７６ａによるスリーブ７０の第１開口部７２ａの閉塞状態が解除され、スリーブ７０の第１開口部７２ａがスプール７４の第１溝部７８ａと重なり始める。
スリーブ７０の第３開口部７２ｃがスプール７４の第２溝部７８ｂと重なることで、流体圧シリンダ３６の他方の圧力室３６ｂに接続された第４ポート２０ｄが流体排出口に接続された第３ポート２０ｃに繋がる。また、スリーブ７０の第１開口部７２ａがスプール７４の第１溝部７８ａと重なることで、流体圧シリンダ３６の一方の圧力室３６ａに接続された第２ポート２０ｂが流体供給源に接続された第１ポート２０ａに繋がる。
この場合、第１開口部７２ａが第１溝部７８ａと重なるＸ方向の長さは、第３開口部７２ｃが第２溝部７８ｂと重なるＸ方向の長さよりも小さい（図示略）ので、流体供給源から一方の圧力室３６ａに向かって流れる流路の有効面積は、他方の圧力室３６ｂから流体排出口に向かって流れる流路の有効面積よりも小さい。このため、一方の圧力室３６ａに流体を供給するとともに他方の圧力室３６ｂから流体を排出する際に、供給する流体の流量を絞るメータイン制御が行われる。
また、スプール７４が中立位置からＸ２方向に変位していくと、まず、スプール７４の変位量がｄ２となったところで、スプール７４の第２ランド部７６ｂによるスリーブ７０の第３開口部７２ｃの閉塞状態が解除され、スリーブ７０の第３開口部７２ｃがスプール７４の第１溝部７８ａと重なり始める。続いて、スプール７４の変位量がｃ２となったところで、スプール７４の第３ランド部７６ｃによるスリーブ７０の第５開口部７２ｅの閉塞状態が解除され、スリーブ７０の第５開口部７２ｅがスプール７４の第２溝部７８ｂと重なり始める。
スリーブ７０の第３開口部７２ｃがスプール７４の第１溝部７８ａと重なることで、流体圧シリンダ３６の一方の圧力室３６ａに接続された第２ポート２０ｂが流体排出口に接続された第３ポート２０ｃに繋がる。また、スリーブ７０の第５開口部７２ｅがスプール７４の第２溝部７８ｂと重なることで、流体圧シリンダ３６の他方の圧力室３６ｂに接続された第４ポート２０ｄが流体供給源に接続された第５ポート２０ｅに繋がる。
この場合、第５開口部７２ｅが第２溝部７８ｂと重なるＸ方向の長さは、第３開口部７２ｃが第１溝部７８ａと重なるＸ方向の長さよりも小さい（図示略）ので、流体供給源から他方の圧力室３６ｂに向かって流れる流路の有効面積は、一方の圧力室３６ａから流体排出口に向かって流れる流路の有効面積よりも小さい。このため、他方の圧力室３６ｂに流体を供給するとともに一方の圧力室３６ａから流体を排出する際に、供給する流体の流量を絞るメータイン制御が行われる。
本実施形態では、スプール７４の中立位置において、ラップ長さｄ１がラップ長さｃ１よりも小さく、かつ、ラップ長さｄ２がラップ長さｃ２よりも小さくなるように設定したが、メータアウト制御を行う場合は、この大小関係を逆に設定すればよい。また、本実施形態では、流体供給源を第１ポート２０ａおよび第５ポート２０ｅに接続するとともに流体排出口を第３ポート２０ｃに接続したが、流体供給源を第３ポート２０ｃに接続するとともに流体排出口を第１ポート２０ａおよび第５ポート２０ｅに接続するように変更すれば、メータアウト制御を行うことができる。
本実施形態に係るサーボバルブによれば、スプール７４の中立位置におけるランド部と互いに隣接する２つの開口部間のスリーブ７０の内壁面とのラップ長さの設定に工夫を凝らしたので、サーボバルブ単独でメータアウト制御またはメータイン制御を行うことができる。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係るサーボバルブについて、図１１～図１３を参照しながら説明する。第３実施形態では、中立位置におけるラップ長さの関係が第１実施形態と異なるほか、スリーブの開口部の形状が第１実施形態と異なる。なお、スリーブとスプールを除く構成要素については、第１実施形態に係るサーボバルブ１０の構成要素とその参照符号を適宜用いて説明する。
図１１に示すように、スプール８４が中立位置にあるとき、スリーブ８０の第２開口部８２ｂは、スプール８４の第２ランド部８６ｂによって閉塞され、スリーブ８０の第４開口部８２ｄは、スプール８４の第３ランド部８６ｃによって閉塞されている。
スプール８４の中立位置において、第２ランド部８６ｂが第１開口部８２ａと第２開口部８２ｂとの間のスリーブ８０の内壁面に接触するラップ長さは、第３ランド部８６ｃが第３開口部８２ｃと第４開口部８２ｄとの間のスリーブ８０の内壁面に接触するラップ長さと等しい。また、スプール８４の中立位置において、第３ランド部８６ｃが第４開口部８２ｄと第５開口部８２ｅとの間のスリーブ８０の内壁面に接触するラップ長さは、第２ランド部８６ｂが第２開口部８２ｂと第３開口部８２ｃとの間のスリーブ８０の内壁面に接触するラップ長さと等しい。
第２開口部８２ｂを径方向から見た形状は、底辺がＸ１方向端部に位置するとともにこれと対向する頂点がＸ２方向端部に位置する三角形状であり、第４開口部８２ｄを径方向から見た形状は、底辺がＸ２方向端部に位置するとともにこれと対向する頂点がＸ１方向端部に位置する三角形状である。第４開口部８２ｄの形状は、第２開口部８２ｂの形状をＸ方向で反転したものである。
一方、第１開口部８２ａ、第３開口部８２ｃおよび第５開口部８２ｅを径方向から見た形状は、いずれも同一の矩形状であり、その幅は、Ｘ方向に沿って一定であって、第２開口部８２ｂおよび第４開口部８２ｄの最大幅である上記三角形の底辺の長さと略同じである。本実施形態では、第２開口部８２ｂおよび第４開口部８２ｄを三角形状としているが、第２開口部８２ｂおよび第４開口部８２ｄの形状は、Ｘ１方向とＸ２方向とで非対称な形状をＸ方向で互いに反転したものとすればよく、好ましくは、Ｘ１方向に幅が漸増する形状とＸ２方向に幅が漸増する形状の組み合わせとするのがよい。
第１開口部８２ａが流体供給源に接続され、第２開口部８２ｂが流体圧シリンダ３６の一方の圧力室３６ａに接続され、第３開口部８２ｃが流体排出口に接続され、第４開口部８２ｄが流体圧シリンダ３６の他方の圧力室３６ｂに接続され、第５開口部８２ｅが流体供給源に接続されているものとして、以下、第３実施形態に係るサーボバルブの作用を説明する。
図１２に示すように、スプール８４がＸ１方向に所定以上変位したとき、スリーブ８０の第２開口部８２ｂがスプール８４の第２溝部８８ｂと重なるＸ方向長さｅ１は、スリーブ８０の第４開口部８２ｄがスプール８４の第３溝部８８ｃと重なるＸ方向長さｅ２と等しい。しかしながら、第２開口部８２ｂがその三角形の頂点側で第２溝部８８ｂと重なる面積Ｓ１は、第４開口部８２ｄがその三角形の底辺側で第３溝部８８ｃと重なる面積Ｓ２よりも小さい。したがって、一方の圧力室３６ａから流体排出口に向かって流れる流路の有効面積は、流体供給源から他方の圧力室３６ｂに向かって流れる流路の有効面積よりも小さく、メータアウト制御が行われる。
図１３に示すように、スプール８４がＸ２方向に所定以上変位したとき、スリーブ８０の第４開口部８２ｄがスプール８４の第２溝部８８ｂと重なるＸ方向長さｅ３は、スリーブ８０の第２開口部８２ｂがスプール８４の第１溝部８８ａと重なるＸ方向長さｅ４と等しい。しかしながら、第４開口部８２ｄがその三角形の頂点側で第２溝部８８ｂと重なる面積Ｓ３は、第２開口部８２ｂがその三角形の底辺側で第１溝部８８ａと重なる面積Ｓ４よりも小さい。したがって、他方の圧力室３６ｂから流体排出口に向かって流れる流路の有効面積は、流体供給源から一方の圧力室３６ａに向かって流れる流路の有効面積よりも小さく、メータアウト制御が行われる。なお、図１２および図１３において、第２開口部８２ｂおよび第４開口部８２ｄの所定の領域に斜線が施されているのは、これらの領域がスプール８４によって塞がれた状態にあることを示す。
ここで、スプール８４のＸ１方向の最大変位量は、第２開口部８２ｂの全体が第２溝部８８ｂと重なるとともに第４開口部８２ｄの全体が第３溝部８８ｃと重なることがない範囲で設定される。そのように重なる場合は、一方の圧力室３６ａから流体排出口に向かって流れる流路の有効面積が流体供給源から他方の圧力室３６ｂに向かって流れる流路の有効面積と同じ大きさになってしまうからである。同様に、スプール８４のＸ２方向の最大変位量は、第２開口部８２ｂの全体が第１溝部８８ａと重なるとともに第４開口部８２ｄの全体が第２溝部８８ｂと重なることがない範囲で設定される。
本実施形態では、第２開口部８２ｂを底辺がＸ１方向端部に位置する三角形状とし、第４開口部８２ｄを底辺がＸ２方向端部に位置する三角形状としたが、第２開口部８２ｂを底辺がＸ２方向端部に位置する三角形状とし、第４開口部８２ｄを底辺がＸ１方向端部に位置する三角形状とすれば、メータイン制御を行うことができる。
また、本実施形態では、流体供給源を第１ポート２０ａおよび第５ポート２０ｅに接続するとともに流体排出口を第３ポート２０ｃに接続したが、流体供給源を第３ポート２０ｃに接続するとともに流体排出口を第１ポート２０ａおよび第５ポート２０ｅに接続するように変更すれば、メータイン制御を行うことができる。
本実施形態に係るサーボバルブによれば、スリーブ８０の開口部の形状に工夫を凝らしたので、サーボバルブ単独でメータアウト制御またはメータイン制御を行うことができる。
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係るサーボバルブについて、図１４～図１６を参照しながら説明する。第４実施形態では、中立位置におけるラップ長さの関係が第２実施形態と異なるほか、スリーブの開口部の形状が第２実施形態と異なる。なお、スリーブとスプールを除く構成要素については、第１実施形態に係るサーボバルブ１０の構成要素とその参照符号を適宜用いて説明する。
図１４に示すように、スプール９４が中立位置にあるとき、スリーブ９０の第１開口部９２ａ、第３開口部９２ｃおよび第５開口部９２ｅは、それぞれスプール９４の第１ランド部９６ａ、第２ランド部９６ｂおよび第３ランド部９６ｃによって閉塞されている。
スプール９４の中立位置において、第２ランド部９６ｂが第３開口部９２ｃと第４開口部９２ｄとの間のスリーブ９０の内壁面に接触するラップ長さは、第１ランド部９６ａが第１開口部９２ａと第２開口部９２ｂとの間のスリーブ９０の内壁面に接触するラップ長さと等しい。また、スプール９４の中立位置において、第２ランド部９６ｂが第２開口部９２ｂと第３開口部９２ｃとの間のスリーブ９０の内壁面に接触するラップ長さは、第３ランド部９６ｃが第４開口部９２ｄと第５開口部９２ｅとの間のスリーブ９０の内壁面に接触するラップ長さと等しい。
第１開口部９２ａを径方向から見た形状は、底辺がＸ１方向端部に位置するとともにこれと対向する頂点がＸ２方向端部に位置する三角形状であり、第５開口部９２ｅを径方向から見た形状は、底辺がＸ２方向端部に位置するとともにこれと対向する頂点がＸ１方向端部に位置する三角形状である。第５開口部９２ｅの形状は、第１開口部９２ａの形状をＸ方向で反転したものである。
一方、第２開口部９２ｂ、第３開口部９２ｃおよび第４開口部９２ｄを径方向から見た形状は、いずれも同一の矩形状であり、その幅は、Ｘ方向に沿って一定であって、第１開口部９２ａおよび第５開口部９２ｅの最大幅である上記三角形の底辺の長さと略同じである。本実施形態では、第１開口部９２ａおよび第５開口部９２ｅを三角形状としているが、第１開口部９２ａおよび第５開口部９２ｅの形状は、Ｘ１方向とＸ２方向とで非対称な形状をＸ方向で互いに反転したもの、または、Ｘ１方向とＸ２方向で対称な同一の形状のものとすればよい。ただし、第１開口部９２ａおよび第５開口部９２ｅの幅は、第３開口部９２ｃの幅の範囲に収まるものとすることが必要である。
第１開口部９２ａが流体排出口に接続され、第２開口部９２ｂが流体圧シリンダ３６の一方の圧力室３６ａに接続され、第３開口部９２ｃが流体供給源に接続され、第４開口部９２ｄが流体圧シリンダ３６の他方の圧力室３６ｂに接続され、第５開口部９２ｅが流体排出口に接続されているものとして、以下、第４実施形態に係るサーボバルブの作用を説明する。
図１５に示すように、スプール９４がＸ１方向に所定以上変位したとき、スリーブ９０の第１開口部９２ａがスプール９４の第１溝部９８ａと重なるＸ方向長さｅ５は、スリーブ９０の第３開口部９２ｃがスプール９４の第２溝部９８ｂと重なるＸ方向長さｅ６と等しい。しかしながら、第１開口部９２ａがその三角形の頂点側で第１溝部９８ａと重なる面積Ｓ５は、一定幅の第３開口部９２ｃが第２溝部９８ｂと重なる面積Ｓ６よりも小さい。したがって、一方の圧力室３６ａから流体排出口に向かって流れる流路の有効面積は、流体供給源から他方の圧力室３６ｂに向かって流れる流路の有効面積よりも小さく、メータアウト制御が行われる。
図１６に示すように、スプール９４がＸ２方向に所定以上変位したとき、スリーブ９０の第５開口部９２ｅがスプール９４の第２溝部９８ｂと重なるＸ方向長さｅ７は、スリーブ９０の第３開口部９２ｃがスプール９４の第１溝部９８ａと重なるＸ方向長さｅ８と等しい。しかしながら、第５開口部９２ｅがその三角形の頂点側で第２溝部９８ｂと重なる面積Ｓ７は、一定幅の第３開口部９２ｃが第１溝部９８ａと重なる面積Ｓ８よりも小さい。したがって、他方の圧力室３６ｂから流体排出口に向かって流れる流路の有効面積は、流体供給源から一方の圧力室３６ａに向かって流れる流路の有効面積よりも小さく、メータアウト制御が行われる。なお、図１５および図１６において、第１開口部９２ａ、第３開口部９２ｃおよび第５開口部９２ｅの所定の領域に斜線が施されているのは、これらの領域がスプール９４によって塞がれた状態にあることを示す。
本実施形態では、第１開口部９２ａを底辺がＸ１方向端部に位置する三角形状とし、第５開口部９２ｅを底辺がＸ２方向端部に位置する三角形状としたが、第１開口部９２ａを底辺がＸ２方向端部に位置する三角形状とし、第５開口部９２ｅを底辺がＸ１方向端部に位置する三角形状とすれば、メータイン制御を行うことができる。
また、本実施形態では、流体供給源を第３ポート２０ｃに接続するとともに流体排出口を第１ポート２０ａおよび第５ポート２０ｅに接続したが、流体供給源を第１ポート２０ａおよび第５ポート２０ｅに接続するとともに流体排出口を第３ポート２０ｃに接続するように変更すれば、メータイン制御を行うことができる。
本実施形態に係るサーボバルブによれば、スリーブ９０の開口部の形状に工夫を凝らしたので、サーボバルブ単独でメータアウト制御またはメータイン制御を行うことができる。
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態に係るサーボバルブについて、図１７～図１９を参照しながら説明する。第５実施形態では、中立位置におけるラップ長さの関係が第２実施形態と異なるほか、スリーブの開口部の形状が第２実施形態と異なる。なお、スリーブとスプールを除く構成要素については、第１実施形態に係るサーボバルブ１０の構成要素とその参照符号を適宜用いて説明する。
図１７に示すように、スプール１０４が中立位置にあるとき、スリーブ１００の第１開口部１０２ａ、第３開口部１０２ｃおよび第５開口部１０２ｅは、それぞれスプール１０４の第１ランド部１０６ａ、第２ランド部１０６ｂおよび第３ランド部１０６ｃによって閉塞されている。
スプール１０４の中立位置において、第２ランド部１０６ｂが第３開口部１０２ｃと第４開口部１０２ｄとの間のスリーブ１００の内壁面に接触するラップ長さは、第１ランド部１０６ａが第１開口部１０２ａと第２開口部１０２ｂとの間のスリーブ１００の内壁面に接触するラップ長さと等しい。また、スプール１０４の中立位置において、第２ランド部１０６ｂが第２開口部１０２ｂと第３開口部１０２ｃとの間のスリーブ１００の内壁面に接触するラップ長さは、第３ランド部１０６ｃが第４開口部１０２ｄと第５開口部１０２ｅとの間のスリーブ１００の内壁面に接触するラップ長さと等しい。
第３開口部１０２ｃを径方向から見た形状は、Ｘ１方向とＸ２方向で対称な菱形、換言すれば、対角線の一方がＸ方向に沿うように配置された菱形である。一方、第１開口部１０２ａ、第２開口部１０２ｂ、第４開口部１０２ｄおよび第５開口部１０２ｅを径方向から見た形状は、いずれも同一の矩形状であり、その幅は、Ｘ方向に沿って一定であって、第３開口部１０２ｃの最大幅である上記菱形の対角線の他方の長さと略同じである。本実施形態では、第３開口部１０２ｃの形状を菱形としているが、Ｘ１方向とＸ２方向で対称な形状であって、かつ、その幅が矩形状の第１開口部１０２ａおよび第５開口部１０２ｅの幅の範囲に収まるものであれば、どのような形状でもよい。
第１開口部１０２ａが流体供給源に接続され、第２開口部１０２ｂが流体圧シリンダ３６の一方の圧力室３６ａに接続され、第３開口部１０２ｃが流体排出口に接続され、第４開口部１０２ｄが流体圧シリンダ３６の他方の圧力室３６ｂに接続され、第５開口部１０２ｅが流体供給源に接続されているものとして、以下、第５実施形態に係るサーボバルブの作用を説明する。
図１８に示すように、スプール１０４がＸ１方向に所定以上変位したとき、スリーブ１００の第３開口部１０２ｃがスプール１０４の第２溝部１０８ｂと重なるＸ方向長さｅ９は、スリーブ１００の第１開口部１０２ａがスプール１０４の第１溝部１０８ａと重なるＸ方向長さｅ１０と等しい。しかしながら、第３開口部１０２ｃがその菱形のＸ２方向の頂点側で第２溝部１０８ｂと重なる面積Ｓ９は、一定幅の第１開口部１０２ａが第１溝部１０８ａと重なる面積Ｓ１０よりも小さい。したがって、他方の圧力室３６ｂから流体排出口に向かって流れる流路の有効面積は、流体供給源から一方の圧力室３６ａに向かって流れる流路の有効面積よりも小さく、メータアウト制御が行われる。
図１９に示すように、スプール１０４がＸ２方向に所定以上変位したとき、スリーブ１００の第３開口部１０２ｃがスプール１０４の第１溝部１０８ａと重なるＸ方向長さｅ１１は、スリーブ１００の第５開口部１０２ｅがスプール１０４の第２溝部１０８ｂと重なるＸ方向長さｅ１２と等しい。しかしながら、第３開口部１０２ｃがその菱形のＸ１方向の頂点側で第１溝部１０８ａと重なる面積Ｓ１１は、一定幅の第５開口部１０２ｅが第２溝部１０８ｂと重なる面積Ｓ１２よりも小さい。したがって、一方の圧力室３６ａから流体排出口に向かって流れる流路の有効面積は、流体供給源から他方の圧力室３６ｂに向かって流れる流路の有効面積よりも小さく、メータアウト制御が行われる。なお、図１８および図１９において、第１開口部１０２ａ、第３開口部１０２ｃおよび第５開口部１０２ｅの所定の領域に斜線が施されているのは、これらの領域がスプール１０４によって塞がれた状態にあることを示す。
本実施形態では、流体供給源を第１ポート２０ａおよび第５ポート２０ｅに接続するとともに流体排出口を第３ポート２０ｃに接続したが、流体供給源を第３ポート２０ｃに接続するとともに流体排出口を第１ポート２０ａおよび第５ポート２０ｅに接続するように変更すれば、メータイン制御を行うことができる。
本実施形態に係るサーボバルブによれば、スリーブ１００の開口部の形状に工夫を凝らしたので、サーボバルブ単独でメータアウト制御またはメータイン制御を行うことができる。
本発明に係るサーボバルブは、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することのない範囲で、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
１０…サーボバルブ
２２、７０、８０、９０、１００…スリーブ
２４ａ…第１開口部 ２４ｂ…第２開口部
２４ｃ…第３開口部 ２４ｄ…第４開口部
２４ｅ…第５開口部
２８、７４、８４、９４、１０４…スプール
３０ａ…第１ランド部 ３０ｂ…第２ランド部
３０ｃ…第３ランド部 ３０ｄ…第４ランド部
３２ａ…第１溝部 ３２ｂ…第２溝部
３２ｃ…第３溝部 ３６…流体圧シリンダ
３６ａ…一方の圧力室 ３６ｂ…他方の圧力室

Claims (12)

  1. 流体圧シリンダの一方の圧力室および他方の圧力室に給排する流体の流量を制御するサーボバルブであって、
    複数の開口部を有するスリーブおよび前記スリーブの内側に配置されるスプールを備え、前記スプールには複数のランド部と複数の溝部とが設けられ、前記スプールの変位によって前記一方の圧力室または前記他方の圧力室を流体供給源に接続する流路を構成し、当該流路中の最も狭い部位となる前記複数の開口部の１つおよび前記複数の溝部の１つが互いに重なる箇所での第１の流路面積が、前記スプールの当該変位によって前記他方の圧力室または前記一方の圧力室を流体排出口に接続する流路を構成し、当該流路中の最も狭い部位となる前記複数の開口部の他の１つおよび前記複数の溝部の他の１つが互いに重なる箇所での第２の流路面積とは異なる大きさであるサーボバルブ。
  2. 請求項１記載のサーボバルブにおいて、
    前記第２の流路面積が前記第１の流路面積よりも小さいサーボバルブ。
  3. 請求項１記載のサーボバルブにおいて、
    前記第１の流路面積が前記第２の流路面積よりも小さいサーボバルブ。
  4. 請求項１記載のサーボバルブにおいて、
    前記第１の流路面積と前記第２の流路面積との差は、前記スプールの中立位置において前記ランド部が互いに隣接する２つの前記開口部間の前記スリーブの内壁面に接触する複数のラップ長さのうち所定の２つのラップ長さの差に基づくものであるサーボバルブ。
  5. 請求項１記載のサーボバルブにおいて、
    前記第１の流路面積と前記第２の流路面積との差は、前記複数の開口部のうち所定の開口部の形状が前記スプールが移動する方向の両側で非対称の形状であることに基づくものであるサーボバルブ。
  6. 請求項５記載のサーボバルブにおいて、
    前記所定の開口部の形状が三角形状であるサーボバルブ。
  7. 請求項１記載のサーボバルブにおいて、
    前記第１の流路面積と前記第２の流路面積との差は、前記複数の開口部のうち所定の開口部が他の所定の開口部の幅の範囲に収まる形状であることに基づくものであるサーボバルブ。
  8. 請求項１記載のサーボバルブにおいて、
    前記スリーブには第１開口部～第５開口部が設けられ、前記第１開口部および前記第５開口部は前記流体供給源に接続され、前記第２開口部は前記流体圧シリンダの前記一方の圧力室に接続され、前記第３開口部は前記流体排出口に接続され、前記第４開口部は前記流体圧シリンダの前記他方の圧力室に接続されるサーボバルブ。
  9. 請求項１記載のサーボバルブにおいて、
    前記スリーブには第１開口部～第５開口部が設けられ、前記第１開口部および前記第５開口部は前記流体排出口に接続され、前記第２開口部は前記流体圧シリンダの前記一方の圧力室に接続され、前記第３開口部は前記流体供給源に接続され、前記第４開口部は前記流体圧シリンダの前記他方の圧力室に接続されるサーボバルブ。
  10. 請求項８または９に記載のサーボバルブにおいて、
    前記スプールには、第１ランド部～第４ランド部が設けられ、前記スプールの中立位置において、前記スリーブの前記第２開口部は前記スプールの前記第２ランド部によって閉塞され、前記スリーブの前記第４開口部は前記スプールの前記第３ランド部によって閉塞されるサーボバルブ。
  11. 請求項８または９に記載のサーボバルブにおいて、
    前記スプールには、第１ランド部～第３ランド部が設けられ、前記スプールの中立位置において、前記スリーブの前記第１開口部は前記スプールの前記第１ランド部によって閉塞され、前記スリーブの前記第３開口部は前記スプールの前記第２ランド部によって閉塞され、前記スリーブの前記第５開口部は前記スプールの前記第３ランド部によって閉塞されるサーボバルブ。
  12. 請求項１記載のサーボバルブにおいて、
    前記スプールの目標位置は限定された複数の位置に設定されるサーボバルブ。
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