JPH0257705A - 直動形サーボ弁および該サーボ弁に用いられる筒状弾性体の加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、フォースモータでスプールを直接駆動するタ
イプの直動形サーボ弁および該サーボ弁に用いられる筒
状弾性体の加工方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、直動形サーボ弁は、第９図に示すように、ボディ
８内に固定されたスリーブ２の中央部にスプール１が配
設され、スプール１の一端にはボビン４を介してコイル
バネ３Ａが、他端には直接にコイルバネ３Ｂがそれぞれ
設けられており、ボビン４に巻回しされたコイル５に電
流を流すことによりボビン４とマグネット６との間に電
磁力を発生させ、スリーブ２内でスプール１を軸方向に
摺動させるようになっていた（特開昭４９−１３３７８
０号公報）。

また、第１０図に示すように、コイルバネの代わりにス
プール１の一端側に弾性ゴム１５を設けたものも提案さ
れていた（特開昭５５−１０１９８号公報）。

さらに、第１１図に示すように、周囲に開口部が形成さ
れた伸縮自在の筒状体１６を、フォースモータ側と反対
側のスプール端部に連結するとともに、筒状体１６には
ピストン１７が内挿されているものも提案されている（
特開昭５７−２９８０２号公報）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来技術のうち、スプールの両端に
コイルバネを設けたものでは、コイルバネがスプールの
両端に不均一な軸方向の力を及ぼし、その不均一な力の
合力がスプールの軸線に対し、斜め方向に作用する為に
、前記スプールがコイルバネによって半径方向に押され
てスリーブ内面に押付けられ、スプールとスリーブ間の
摩擦力が増大され、スプールの操作信号に対する応答性
が悪化するという問題点があった。さらに、高い応答性
を実現する為には、コイルバネを十分かたくしなければ
ならないが、この油圧サーボ弁では、十分な粘性ダンピ
ングを付与することが難しいため、制御安定性に乏しい
ものであった。

さらにこの方式で、スプールの動きにダンピングを付与
する方法には、スプール移動速度を検出し操作信号にフ
ィードバックする方式が゛あるが、これは、制御装置の
コストアップになるとともに適正なダンピングを与える
のが難しいという問題があった。

また、弾性ゴムを用いたものでは、ゴム自身の内部ヒス
テリシスによる減衰効果を利用したものであるが、ゴム
が非常に劣化しやすく、寿命が短い。操作油の進入によ
りゴムが膨潤する。常に均一な性質を得にくく製品の歩
留りが非常に悪い等の問題があった。

さらに、伸縮自在の筒状体を設けたものでは、反フォー
スモータ側に弾性体と、振動減衰機構を設けている為サ
ーボ弁が大形化するという問題点があった。

本発明の目的゛は、スプールとスリーブの間の摩擦力を
低減させるとともに、寿命が長く、かつ小形化できる直
動形サーボ弁を提供することである。

また、本発明の他の目的は、上記直動形サーボ弁に用い
られる筒状弾性体を高精度に加工することができる加工
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１本発明は、スリーブ内に配
設されたスプールの一端に、コイルが巻回しされたボビ
ンを固定し、該ボビンの外側もしくは内側に磁性体を配
置して、前記コイルに電流を流すことにより電磁力を発
生させ、この電磁力によって前記スプールを前記スリー
ブ内で軸方向に摺動させる直動形サーボ弁において、前
記スプールの軸方向変位を中立位置に保持する筒状弾性
体をスプールのフォースモータ側に配設し、かつ前記ボ
ビンを電導材で形成したものである。

また、前記筒状弾性体の軸方向中間部には、らせん状ま
たは多数のスリット状の開口部が形成され、その筒状弾
性体はバネ鋼で形成されたものである。

さらに、前記ボビンはアルミ合金で形成されたものであ
る。

また、本発明の筒状弾性体の加工方法は、先ず金属性の
円筒体の中間部にらせん状または多数のスリット状の開
口部を切削し、該開口部に溶解可能な充填剤を充填した
後、前記円筒体の内径、外径および端面を研削し、次に
前記充填剤を溶かして製作するようにしたことである。

〔作用〕

上記構成によれば、ボビンに巻回されたコイルに通電す
ると、ボビン及びスプールは、筒状弾性体の中間部分を
弾性変形（伸縮又は圧縮）して軸方向に変位する。この
場合、筒状弾性体は、通常のコイルバネの如き巻き始め
部および巻き終り部のバネ特性の不均質部分が存在せぬ
為、スプールに半径方向の力を与えず、スプールとスリ
ーブ間の摩擦力を増大させることはない。そして通電が
断たれるとスプール及びボビンは、筒状弾性体の弾性力
（バネ力）によって戻される。また、筒状弾性体が金属
性であるため、操作油の進入による特性の劣化がなく、
金属疲労限度以内の応力レベルで設計されていれば、半
永久的な寿命をもつ。

また、ゴムの如く材料の成分による、バネ定数の変化等
が非常に小さい為、非常に高い歩留りが得られる。

さらに、スプールの一端に取付けられたボビンの材質を
電導材としているので巻回されたコイルに通電されると
、コイルには、Ｆ＝Ｂ・工・Ｌ（Ｂ：磁束密度、１二人
力電流、Ｌ：巻回されたコイルの長さ）によって表わさ
れる力が発生し、ボビン及びそれに固着されたスプール
が動く。そして、ボビンが磁束を横切ると、電磁誘導作
用によってボビンに電圧が誘起され、うず電流ｉがコイ
ルに流れる電流■と逆向きに流れる（フレミングの右手
の法則）。さらに、うず電流ｉと磁束の間で電磁力ｆが
コイルに発生する駆動力Ｆと逆方向に生じ、フォースモ
ータの駆動力はＦ−ｆとなる。ここで着目すべき点は、
うず電流によって生じる力ｆは、ボビンが磁束を横切る
速度に比例する為、入力電流の周波数が高くなると力ｆ
も大きくなり、これが減衰力となり、特別な減衰機構を
付与せずに十分な減衰効果が得られ、スプールの停止特
性が良好となる。

〔実施例〕

以下に本発明の一実施例を図面に従って説明する。第１
図は本発明に係る３方弁タイプの直動形サーボ弁の断面
を示している。図において、１はスプールであり、スリ
ーブ２の内部で摺動する。

このサーボ弁は、Ｐｓより油圧を供給され、この油圧を
Ｐｃより図示されていない操作物へ供給したり、または
、操作物からタンクへ逃したりするものである。スプー
ル１は、ボビン４と結合され、このボビン４にはコイル
５が巻かれている。そして、ボビン４は筒状弾性体７と
結合され、この筒状弾性体７の他端は、マグネット６に
結合されている。ボディ８はスリーブ２を収容し、油路
の連通作用を与えるものである。フォースモータを構成
する前記コイル５は、磁気回路のエア・ギャップ中に挿
入されており、その磁路は、マグネット６により形成さ
れる。ボビン４に設けられたコイル５に電流を印加する
と、それに比例的にスプール１を駆動する力が生じる。

この駆動力によって、筒状弾性体７が伸長あるいは圧縮
され、スプール１の移動量は入力電流に比例したものと
なる。

また、筒状弾性体７は金属で作られており、第２図に示
すように、円筒の中間部にらせん状の溝を形成した構造
となっている。このため、スプール１と同軸心上に取付
けられた筒状弾性体７は、伸長あるいは圧縮により、ス
プール１対する偏寄力を生じることはない、しかし、金
属性の筒状弾性体７は内部ヒステリシスを持たない為、
減衰効果がほとんどなく、これだけでは、サーボ弁は非
常に不安定となる。そこで、ボビン４を第４図に示す構
造とし、その材質をアルミ合金等の電導材とすることに
より、ボビンの移動速度に比例したうず電流を生じさせ
、これにより、減衰力を発生させることができる。この
減衰力により、共振点のピークは小さく安定であり、む
やみに弾性体のばね定数をかたくする必要はない。

なお、筒状弾性体７は第３図のような形状であってもよ
い。これは筒状弾性体７の中間部に多数のスリットが形
成されたもので、これらのスリットは中心軸に対して上
下お、よび左右に交互に設けられている。

前述の実施例によれば、ボビン４を電導材とすると、第
５図（本実施例の効果を確認するための実験結果）に示
すように、十分な減衰効果が得られ、共振点のピークが
１０ｄＢ以上のものを±３ｄＢ以内とすることができ、
ばね定数をかたくすることなく停止特性が良好となる。

また、筒状弾性体７はボビン４を介してスプール１に一
体的に固定されているので、１つの筒状弾性体７でスプ
−ル１の中立位置を保持することができる。さらに、減
衰効果をボビン４に持たせであるため、サーボ弁の制御
装置に特別な改良を施すことなしに筒状弾性体７を金属
製とすることができ、これによって筒状弾性体７の経年
劣化を防ぐことができるとともに、応力レベルを疲労限
度以内とすることにより、筒状弾性体７の寿命を半永久
的なものにすることが可能となる。また、材料成分によ
りバネ定数等の性能の変化が非常に少ないため、製作時
の歩留りを略１００％にすることができる。

また、前述した筒状弾性体７は、第６図に示すように、
４方弁として２段形のサーボ弁３０のパイロット弁とし
て使用することもできる。

さらに、第７図は本発明の直動形サーボ弁を圧延機用油
圧圧下装置に使用した例である。図に示すように、ポン
プ１４より供給された油は、本発明の直動形サーボ弁９
により、圧下ジヤツキ１１に送られたり、または圧下ジ
ヤツキからタンク１３へ戻されたりする。この時、ジヤ
ツキ１１には、圧下ラムの高さを検出するセンサ１２が
取付けられ、このセンサ１２の信号を制御装置１ｏに取
り込み、サーボ弁９の入力電流を制御し、圧下ジヤツキ
１１のストロークを制御するようになっている。

また、本発明の筒状弾性体は、第９図に示す従来の直動
形サーボ弁において、スプール両側のコイルバネの代わ
りに使用することも可能である。

欣に本発明の直動形サーボ弁に用いられる筒状弾性体の
加工方法について説明する。

筒状弾性体を加工する際には、第８図に示すように、ま
ず、金属丸棒を図の２点鎖線で示す大きさに切削した後
に、その中間部にらせん溝を切削する。そして、内径及
び外形を研削するが、この時、面１９の円筒に対する直
角度がくるっていると、サーボ弁においては、スプール
に半径方向の偏寄力を発生させてしまう。この為に十分
な精度で面１９を研削しなければならないが、らせん溝
１８が削られている為、半径方向の剛性が低下し、研削
精度を上げられない。そこで、らせん溝１８に充填剤を
つめ、内径及び、外径１面１９を研削し、その後、充填
剤を溶かす事により、十分精度の高い筒状弾性体７を得
ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の直動形サーボ弁によれば
、スプールには軸方向の力のみが作用するので、入プー
ルとスリーブの間の摩擦力が低減され、操作信号に対し
てスプールの応答性が向上する。

また、筒状弾性体が金属製であるため、操作油に対する
劣化を防止することができ、直動形サーボ弁の寿命を長
くすることが可能である。

さらに、筒状弾性体がフォースモータ側に設けられてい
るので、直動形サーボ弁自体を小型化することができる
。

また、本発明の筒状弾性体の加工方法によれば。

開口部に充填される充填剤により円筒体の剛性が大きく
なり、研削精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る直動形サーボ弁の断面図。 第２図は筒状弾性体の正面図、第３図は筒状弾性体の他
の実施例を示す正面図、第４図はボビンの斜視図、第５
図は本発明の直動形サーボ弁の応答性測定結果を示すグ
ラフ、第６図は本発明を２段形のサーボ弁に用いた図、
第７図は本発明を圧延機用油圧圧下装置に用いた図、第
８図は筒状弾性体の加工方法を示す説明図、第９図乃至
第１１図はそれぞれ従来の直動形サーボ弁の断面図であ
る。 １・・・スプール、２・・・スリーブ、４・・・ボビン
、５・・・コイル、６・・・マグネット、７・・・筒状
弾性体。 ８・・・ボディ、９・・・直動形サーボ弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、スリーブ内に配設されたスプールの一端に、コイル
   が巻回しされたボビンを固定し、該ボビンの外側もしく
   は内側に磁性体を配置して、前記コイルに電流を流すこ
   とにより電磁力を発生させ、この電磁力によって前記ス
   プールを前記スリーブ内で軸方向に摺動させる直動形サ
   ーボ弁において、前記スプールの軸方向変位を中立位置
   に保持する筒状弾性体をスプールのフォースモータ側に
   配設し、かつ前記ボビンを電導材で形成したことを特徴
   とする直動形サーボ弁。 ２、請求項１記載の直動形サーボ弁において、前記筒状
   弾性体の軸方向中間部にらせん状または多数のスリット
   状の開口部を形成したことを特徴とする直動形サーボ弁
   。 ３、請求項１または２記載の直動形サーボ弁において、
   前記筒状弾性体をバネ鋼で形成したことを特徴とする直
   動形サーボ弁。 ４、請求項１記載の直動形サーボ弁において、前記ボビ
   ンをアルミ合金で形成したことを特徴とする直動形サー
   ボ弁。 ５、筒状弾性体を加工する際に、先ず金属性の円筒体の
   中間部にらせん状または多数のスリット状の開口部を切
   削し、該開口部に溶解可能な充填剤を充填した後、前記
   円筒体の内径、外径および端面を研削し、次に前記充填
   剤を溶かして製作する筒状弾性体の加工方法。