JPH0232485B2 - 2dangatasaabobennobensaizuketsuteihoho - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は２段型サーボ弁に関し、特にフオース
モータを使用しこれによつて直接駆動される直動
型サーボ弁をパイロツト弁とし、該パイロツト弁
により主弁を駆動する形式の２段型サーボ弁の弁
サイズ決定方法に関する。 〔従来の技術〕 フオースモータを使用し、これによつて直接ス
プールを駆動する直動型サーボ弁は、高速性に優
れ、最近その特色を生かして圧延機圧下装置ある
いは振動台等への採用が増加して来ている。 このような直動型サーボ弁において、制御流量
が大きくなると、前記直動型サーボ弁をパイロツ
ト弁として使用し、該パイロツト弁によつて制御
される油圧により主弁を駆動し、該主弁によつて
制御される作動油の出力流量により負荷を駆動す
る形式の２段型サーボ弁を使用する必要がある。 本発明はこのような２段型サーボ弁の弁サイズ
を決定する際のその決定方法に関するものであ
る。 従来、２段型サーボ弁の弁サイズ、すなわちス
リーブやスプールの大きさは以下に示す手順(a)〜
(d)により決定している。 (a) 負荷を駆動する作動油の圧力および流量よ
り、主弁スプールや主弁スリーブの大きさを求
める。 (b) 主弁スプールの質量、変位量、応答周波数か
ら、主弁スプールを駆動するのに必要な力Ｆを
求める。 (c) パイロツト弁によつて制御される油圧から、
主弁スプールに有効に作用する油圧Δpを仮定
し、この油圧Δpと(b)で求めた力Ｆとから主弁
の受圧面積ＳをＳ＝Ｆ／Δpとして求める。 (d) 主弁スプールの振幅、応答周波数より、主弁
スプールを駆動するのに必要な流量を求め、こ
の流量からパイロツト弁スプールやパイロツト
弁スリーブの大きさを求める。 〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、上記従来の方法で弁サイズを決
定すると、その決定した弁サイズの大きさによつ
て、２段型サーボ弁の安定性が良くなつたり、悪
くなつたりして、設計品質を向上させる妨げとな
つている。特に安定性の悪い２段型サーボ弁が製
品として出荷された場合、その２段型サーボ弁を
用いた装置では満足にサーボ弁を構成することが
できず、２段型サーボ弁に対する信頼性を低下さ
せてしまう恐れがある。 本発明の目的は、安定性に優れた２段型サーボ
弁を得ることができる弁サイズ決定方法を提供す
ることである。 〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するために、本発明は、フオー
スモータによつて直接パイロツト弁を駆動し、該
パイロツト弁によつて制御される液圧により主弁
を駆動し、該主弁によつて制御される作動油によ
り負荷を駆動する形式の２段型サーボ弁の弁サイ
ズを決定する際に、前記パイロツト弁のスプール
直径をｄとし、前記主弁のスプール直径をＤと
し、該主弁のつば部の受圧面積をＳとするとき、
無次元パラメータα＝ｄ×Ｄ／Ｓの値を0.7以下
に規定することを特徴とする。 〔作用〕 このパラメータαがサーボ弁の安定性を判別す
る上でパラメータたりうる理由は、第１のパイロ
ツト系のゲインがパイロツト弁のスプール径ｄに
比例し、主弁系のゲインがｄ／Ｓに比例し、かつ
負荷（シリンダ等のアクチユエータ）系のゲイン
がｄ・Ｄ／Ｓ（＝α）に比例すること、第２にα
が無次元であることにある。一般に、このパラメ
ータαが大きいと機械系のゲインが高くなつて応
答が発振的になるため、適正値を求めることが必
要とされる。 この場合前記無次元パラメータαを、さらに、
0.25≦α≦0.5の範囲に限定することにより高速
安定性を一層向上させることが好ましい。 前記無次元パラメータαを0.7以下に選定する
ことは、主弁のスプール直径Ｄおよび主弁の受圧
面積Ｓが負荷の大きさに応じて要求される出力流
量および出力圧力であることを考えれば、２段型
サーボ弁の一定の要求性能に対しパイロツト弁の
スプール直径ｄをできるだけ小さくすることを意
味する。 このようにパイロツト弁のスプール直径ｄを小
さくしかつそのストロークを大きくすると、パイ
ロツト弁のラツプの誤差の影響を小さくすること
ができ、パイロツト弁開放時のシヨツクによる渦
発生の主弁油路への影響を減少させることがで
き、かつパイロツト弁の液圧の粘性による減衰効
果を有効に利用し高速安定性を向上させることが
できるといつた作用効果が得られる。 なお、前記無次元パラメータαを極端に小さく
すると、パイロツト弁の油路直径も小さくなり高
速切換時の切れが悪くなるという問題が生じる可
能性がある。このため、場合によつてはこの無次
元パラメータαの値を一定の下限値以上に維持す
ることが好ましい。 〔実施例〕 第１図は２段型サーボ弁の構造を例示する図で
ある。 第１図において、パイロツト弁１と主弁２とを
組合わせて２段型サーボ弁が構成されている。パ
イロツト弁１はパイロツト弁スリーブ３、パイロ
ツト弁スプール４、およびフオースモータ５から
構成されている。パイロツト弁スリープ３には、
液圧給油接続口６、戻り接続口７，７、ならびに
主弁２へ通じる油路８，８が形成されている。ま
た、前記フオースモータ５は、マグネツト部９、
駆動用電磁巻線１０、パイロツト弁スプール４の
一端に結合されたボビン１１、パイロツト弁スプ
ールの弾性支持用ばね１２を備えている。 こうして、前記駆動用電磁巻線１０へ電圧を供
給することによりフオースモータ５を作動させる
と、パイロツト弁スプール４がスリーブ３内を摺
動してパイロツト液圧を制御するようになつてい
る。この場合、フオースモータ５によつてパイロ
ツト弁スプール４が直接駆動されるので、このパ
イロツト弁１は直動型サーボ弁を構成している。 主弁２は、主弁スリーブ１３と該スリーブ内に
嵌合された主弁スプール１４とを備えている。 主弁スプール１４の一端にはつば１５を有する
ピストン１６が形成されている。つば１５の張出
部端面は受圧部１７であり、該受圧部１７に前記
パイロツト弁１の油路８，８からの液圧が交互に
作用するようになつている。すなわち、右側の油
路８からの液圧が右側の受圧部１７に作用すると
主弁スプール１４は左方へ移動し、左側の油路８
からの液圧が左側の受圧部１７に作用すると主弁
スプール１４は右側へ移動する。 主弁スリーブ１３には、給油接続口１８、負荷
接続口１９，１９、および戻り接続口２０，２０
が形成され、これらの接続口（ポート）は主弁ス
プール１４の左右動によりそのランド２１，２
１，２１およびステム２２，２２との相対位置関
係によつて開閉制御されるようになつている。 また、主弁スプール１４の他端部には該主弁ス
プール１４の位置を検出するための変位検出器２
３が設けられている。この変位検出器２３として
は差動変圧器が使用されるが、その他の変位検出
器例えばボテンシヨメータ、シンクロ、レゾル
バ、インダクトシン、デルバツクス等の電気的な
変位検出器、さらには光電的な変位検出器を使用
することもできる。 前記受圧部１７の受圧面積Ｓは、前記つば１５
の直径をDF、ピストン１６の直径をＤとする時、
Ｓ＝π／４（DF²−D²）で与えられる。なお、前記 ピストンの直径Ｄは図示の例では主弁スプール１
４のランド２１の直径と等しい。また、前記パイ
ロツト弁１のパイロツト弁スプール４の直径（パ
イロツト弁スプールのランド部の直径）がｄで表
示されている。 しかして、作動時には、直経Ｄなる主弁スプー
ル１４は、直径ｄなるパイロツト弁スプールから
の液圧の給排により左右動し、また主弁スプール
自体はその左右動により負荷を駆動することにな
る。この負荷としては、例えば、圧延機圧下装置
の油圧シリンダ等であり前記負荷接続口１９から
の高圧作動油の給排により駆動されるアクチユエ
ータ等が接続される。 この場合、安定にかつ高速に主弁スプール１４
を駆動することが必要であるが、この高速かつ安
定に主弁を駆動するのに最も重要なパラメータは
主弁の受圧面積Ｓ、パイロツト弁スプールおよび
主弁スプールの直径ｄおよびＤである。このパラ
メータ（因子）を無次元化すればα＝ｄ／Ｓ×Ｄな る無次元パラメータとして表わすことができる。
このため、２段型サーボ弁を高速かつ安定的に作
動させるためにはこの無次元パラメータαを最適
値に選ぶことが必要である。 ２段型サーボ弁は、通常200〜300Hzの周波数か
つ150〜300Kg／cm²の高圧作動油を負荷に対して十
分な流量で供給する必要がある。 第２図は２段型サーボ弁のフイードバツク制御
系統を例示するブロツク図である。 第２図において、入力電圧V₀は増幅器２４で
増幅されて電源Ｉとしてパイロツト弁１へ給電さ
れる。パイロツト弁１のフオースモータへ電源Ｉ
が供給されると、パイロツト弁１が電気−油圧変
換素子として作動しパイロツト液圧P₁を発生す
る。このパイロツト液圧は主弁２に供給されその
主弁スプール１４を変位させて油圧（作動油の油
圧）P₂を発生する。この出力油圧P₂なる作動油
は所定の出力流量をもつて負荷（油圧アクチユエ
ータ）２５へ供給されこれを駆動する。一方、前
記主弁２の主弁スプール１４の位置は、前記変位
検出器２３によつて検出され、その検出値はフイ
ードバツク電圧VFとして前記入力電圧V₀へフイ
ードバツクされる。このようにして、主弁２の変
位（主弁スプール１４の位置）を位置（変位）検
出器２３で検出しこれを指令（位置指令の設定信
号）とつき合わせフイードバツク制御するサーボ
ループが構成される。 以上第２図において２段型サーボ弁をサーボル
ープ系に使用する場合を例示したが、このような
サーボループ系において高速でかつ安定的に２段
型サーボ弁を作動させるためには前記無次元パラ
メータαを0.7以下に選択することが必要である。
なお、場合によつては、200〜300Hz等の超高速作
動時の周波数応答性を正確に行うためには、この
無次元パラメータαの値を0.25〜0.5の範囲にさ
らに限定することが好ましい。 かかる無次元パラメータαの臨界的数値は、
種々のパイロツト弁のスプール径と主弁の受圧面
積Ｓと変えて主弁の応答テストを行ない、主弁の
安定度を求めて相互に比較することにより次の表
１に示すように実験的に求めたものである。

〔発明の効果〕

本発明は、以上の説明から明らかなごとく、高
速安定性を確保するため、パイロツト弁のスプー
ル直径をｄとし、主弁のスプール直径をＤとし、
主弁の受圧面積をＳとする時、無次元パラメータ
α＝ｄ×Ｄ／Ｓの値を0.7以下に設定することを
要旨とするものである。このような本発明に基づ
く実施例によれば、パイロツト弁のスプール直径
を小さくしかつそのストロークを大きくとること
ができ、これによつてパイロツト弁のラツプの誤
差の影響を小さくすることができ、パイロツト弁
開口時のシヨツクに基づく渦発生の主弁への影響
を減少することができ、さらにパイロツト油圧の
粘性および減衰効果に基づく安定性の向上を適正
に発揮させることができる。 以上詳述したように、本発明によれば安定性に
優れた２段型サーボ弁を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用するに好適な２段型サー
ボ弁の構造を例示する要部断面図、第２図は２段
型サーボ弁を使用した制御系統図を例示するブロ
ツク図、第３図は無次元パラメータαに対する応
答特性（無次元応答性）の変化特性を例示するグ
ラフである。 １……パイロツト、２……主弁、３……パイロ
ツト弁スリーブ、４……パイロツト弁スプール、
５……フオースモータ、１３……主弁スリーブ、
１４……主弁スプール、１７……受圧部、２３…
…変位検出器、ｄ……パイロツト弁のスプール直
径、Ｄ……主弁のスプール直径、Ｓ……受圧面
積。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ フオースモータによつて直接パイロツト弁を
   駆動し、該パイロツト弁によつて制御される液圧
   により主弁を駆動し、該主弁によつて制御される
   作動油により負荷を駆動する形式の２段型サーボ
   弁の弁サイズを決定する際に、前記パイロツト弁
   のスプール直径をｄとし、前記主弁のスプール直
   径をＤとし、該主弁のつば部の受圧面積をＳとす
   るとき、無次元パラメータα＝ｄ×Ｄ／Ｓの値を
   0.7以下に規定することを特徴とする２段型サー
   ボ弁の弁サイズ決定方法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の２段型サーボ弁
   の弁サイズ決定方法において、前記無次元パラメ
   ータαを、さらに、0.25≦α≦0.5の範囲に限定
   することを特徴とする２段型サーボ弁の弁サイズ
   決定方法。