JPH0614081Y2 - 三方向サーボ弁 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は高圧流体の制御に最適な三方向サーボ弁の改良
に関する。

（従来の技術） 高圧のラムシリンダまたはジャッキなどに対する作動流
体の流量あるいは圧力を制御する三方向サーボ弁とし
て、特開昭５６−１０１４６６号公報に開示されたもの
がある。

三方向サーボ弁は、ラムシリンダやジャッキの作動室を
高圧の圧力源と低圧のタンクとに選択的に接続すること
により、伸長動作させたり収縮動作させたりするもの
で、その作動速度を正確に制御できるように、弁スプー
ルは電磁駆動部に連結されていて、外部からの制御電流
に応じて微少ストロークして作動流体の流量や圧力を精
度よくコントロールする。

（考案が解決しようとする課題） ところが制御流体が高圧であるため、スプールには制御
流体の流れに伴い大きな軸力が発生しやすく、スプール
の変位が制御電流値に正確に対応できず、制御の混乱を
招くことがあった。

そこでこれを補償するために、スプールに軸力補償用の
バケット部（流体噴出曲面部）を形成し、流量制御と軸
力補償とをスプールの異なるエッジ部分で行うことによ
り、軸力を相殺してスプールの位置制御精度を高めるよ
うにした制御弁が、本出願人により、特願昭６３−２４
５８０７号（特開平２−９３１０４号）として提案され
ている。

ところが、この場合軸力補償側と無補償側（流量制御
側）とのエッジ部分では流体の流量が相違し、補償側で
流れにくくなるため、流量のアンバランスにより左右の
軸力に差異を生じ、スプールの位置制御の限界を招いて
いた。

これは軸力補償用のバケット部で流れが旋回する際に圧
力損失を発生するためで、補償側の流量が無補償側の流
量よりも少なくなり、これに伴う流体力のアンバランス
が左右の軸力を変化させるのであり、この現象は圧力差
が増すほど大きくなる傾向があった。

そこで本考案は、軸力の無補償側エッジへ向かう流れに
ついて、その方向を途中でいくつか転換することにより
流れにくくし、結果的に補償側エッジの流量とバランス
させ、スプールに作用する左右の軸力を相殺して制御精
度を向上させることを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本考案は、電磁駆動部を介して摺動するスプールを設
け、このスプールの変位に応じて流体の制御ポートを高
圧ポートとタンクポートに選択的に接続する三方向サー
ボ弁において、高圧の流体をスプールに形成したランド
の２つのエッジ部を通すように分流させ、一方に流体計
量部、他方に軸力補償部を構成し、流体計量部に導かれ
る流体に方向を複数回転換すると共にスプールの変位に
応じて圧力損失を変化させる方向転換部を設け、流体計
量部と軸力補償部とに分流する流体の圧力損失をほぼ等
しくなるように設定した。

（作用） ラムシリンダやジャッキなどの負荷に対する高圧流体の
供給時、あるいは高圧流体の排出時に、高圧流体は一方
の流体計量部と他方の軸力補償部とから２つに分流し、
スプールに互いに反対方向の軸力を及ぼす。このうち、
流体計量部への流れは、方向転換部を経て途中でその流
れ方向を何度か…転換し、しかもスプールの変位に応じ
て、軸力補償部で発生する圧力損失の変化に対応するよ
うに圧力損失を変化させ、このため…流体計量部と軸力
補償部との流れの圧力損失が均等になり、２つに分岐す
る流体の流量が均一化し、したがって流量の大小にかか
わらず、左右の軸力は互いに相殺される。

（実施例） 図面は本考案の実施例を示す断面図である。

バルブボディ１に形成した摺動孔２にはスプール３が摺
動自由に挿入される。スプール３の一端には図示しない
電磁駆動部が連結され、この電磁駆動部の励磁電流に応
じてスプール３が左右に摺動変位する。

スプール３の中央部分には２つのランド４、５が形成さ
れ、このランド４と５で囲まれた部分が高圧弁室６とな
っており、圧力源と接続する高圧ポート７が開口してい
る。

高圧弁室６の左右に位置して摺動孔２には制御ポート８
Ａと８Ｂが開口し、これら制御ポート８Ａ、８Ｂは互い
に合流して制御通路８を形成し、この制御通路８が高圧
のラムあるいはジャッキ等を構成するシリンダ９の作動
室１０と接続する。

シリンダ９は作動室１０に供給される作動流体によって
ピストン１１が移動し、負荷１２を上下方向に駆動す
る。

前記スプール３のランド４、５のそれぞれ両外側に隣接
して、スプール３には軸力補償用の曲面形状をしたバケ
ット部１３と１４が形成される。

前記制御ポート８Ａと８Ｂがそれぞれ開口する制御弁室
１５と１６の両隣に位置して、低圧弁室１７と１８が形
成される。これら低圧弁室１７と１８にはそれぞれタン
クポート１９Ａと１９Ｂが開口し、これらタンクポート
１９Ａと１９Ｂは互いに合流して、図示しないタンクと
接続するタンク通路１９を形成する。

タンクポート１９Ａ、１９Ｂの近傍に位置してスプール
３にはランド２０と２１が形成される。

スプール３の変位に伴い中央のランド４と５のうち、一
方のランド４はその右端の軸力補償部となるエッジＡの
部分で高圧弁室６から制御弁室１５への流れを制御し、
他方のランド５は右端の流体計量部となるエッジＢで高
圧弁室６から制御弁室１６への流れを制御すると共に、
左端の軸力補償部となるエッジＣにより制御弁室１６か
ら低圧弁室１８への流れを制御し、また、ランド２０の
左端の流体計量部となるエッジＤは制御弁室１５から低
圧弁室１７への流れを制御するように構成されている。

そして、高圧ポート７から高圧弁室６を経由して流体計
量部となるエッジＢに向かう流れの方向を…複数回変更
して導くことで圧力損失を発生させ、かつこの圧力損失
をスプール３の変位に応じて変化させる方向転換部…６
Ａが、ポート７の出口側に形成され、また、同じように
して制御ポート８Ａから制御弁室１５を経て流体計量部
となるエッジＤに向かう流れの方向を複数回変更して導
くための方向転換部１５Ａがポート１５Ａの出口側に形
成される。

これら方向転換部６Ａと１５Ａはそれぞれ軸力補償用の
バケット部１３、１４を流れる流体の圧力損失と同程度
の圧力損失を発生させるよう、流路を曲折することによ
り設定される。

次に作用について説明する。

スプール３が図示状態にあるときは左右の制御弁室１５
と１６はいずれも遮断され、したがってシリンダ９の作
動室１０には作動流体が封じ込められ、ピストン１１は
その位置に保持され、負荷１２が静止している。

負荷１２を上昇させるときは、図示しない電磁駆動部に
よりスプール３が図中左方向に駆動される。これにより
高圧弁室６と左右の制御弁室１５、１６とが同時に連通
し、エッジＡ、Ｂの部分から高圧の作動流体が制御弁室
１５、１６へと噴出し、制御ポート８Ａ、８Ｂからシリ
ンダ９へと送り込まれ、ピストン１１を上方へ移動させ
る。

この場合、エッジＢの部分から制御弁室１６に噴出する
流体力によりスプール３は図中右方向への軸力を受け
る。これに対してエッジＡの部分から制御弁室１５に噴
出する流体は、バケット部１３に沿って高速で流れる際
に、スプール３を図中左方向へ向ける軸力を発生させ
る。これら互いに反対方向の軸力は、弁開度、すなわち
流量の変化に対応して増減し、流量、圧力が増大するほ
どそれぞれ大きくなる。

ところでこの場合、エッジＢに向かう流れは、方向転換
部６Ａにより流れの方向を複数回変更されるように曲折
し、これによる圧力損失を生じる。

また、エッジＡからバケット部１３に流れる流体は、バ
ケット部１３を通過する際の旋回運動により圧力損失を
発生する。

上記方向転換部６Ａで発生する圧力損失は、弁開度、つ
まりスプール３の変位量が大きくなるほど絞られて大き
くなり、バケット部１３での圧力損失は、同じく弁開度
が大きくなり、流量が増大するほど相対的に大きくな
る。

ところが本考案では、これらの圧力損失が互いにほぼ等
しくなるように設定してあるため、エッジＡとＢに向か
う流れの割合、つまり流量分布がほぼ等しくなり、これ
に伴ってスプール３に発生する左右の軸力がつり合う。

これらの結果、スプール軸力は流量のいかんにかかわら
ず常に互いに相殺され、スプール３の変位が制御流体に
よって発生する軸力の影響を受けることがなくなり、流
体の流量制御が正確に行える。

負荷１２を降下させるときは、スプール３を図中右方向
に変位させる。これにより制御弁室１５と１６はそれぞ
れ低圧弁室１７と１８に連通する。

このため、シリンダ９の作動室１０の作動流体は、負荷
１２に応じて発生する圧力によって押し出され、ピスト
ン１１が下方へと移動する。

このとき、制御弁室１５、１６からはエッジＤとＣの部
分を通って低圧弁室１７、１８へ流体が噴出し、この噴
出流量に応じてピストン１１の降下速度が決まる。

そして、スプール３はエッジＤの部分において噴出流体
による左方向への軸力を受けるが、エッジＣの部分から
の噴出流体が軸力補償用のバケット部１４により、右方
向への軸力を発生させ、しかも、方向転換部１５Ａの流
路曲折作用により分流される互いに流量をほぼ一致させ
るため、前記と同様に発生軸力は互いに相殺され、スプ
ール３の変位に及ぼす影響が消失するのである。

このようにして、スプール３をいずれの方向に変位させ
る場合も、流体による軸力の影響を取り除くことができ
るのであり、また、制御される流体の流量は２つの制御
ポート８Ａ、８Ｂに分流するので、通常の弁に比較して
２倍の流量まで制御することができる。

なお、この実施例では方向転換部６Ａ、１５Ａをポート
出口側に形成したが、要は流路を曲折すればよいのであ
るから、これに限らずスプール側に形成することもでき
る。

（考案の効果） 以上のように本考案によれば、スプールの変位に伴い高
圧流体の供給側と戻り側のいずれについても、作動流体
はほぼ圧力損失の等しい流体計量部と軸力補償部とに分
流するため、流量のいかんにかかわらず、スプールに作
用する軸力は互いに相殺され、流体力の影響を受けずに
精度の高い位置制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

図は本考案の実施例を示す断面図である。 ３…スプール、４，５…ランド、６…高圧弁室、６Ａ…
方向転換部、７…高圧ポート、８Ａ，８Ｂ…制御ポー
ト、１３，１４…バケット部、１５，１６…制御弁室、
１５Ａ…方向転換部、１７，１８…低圧弁室、２０…ラ
ンド、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ…エッジ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】電磁駆動部を介して摺動するスプールを設
   け、このスプールの変位に応じて流体の制御ポートを高
   圧ポートとタンクポートに選択的に接続する三方向サー
   ボ弁において、高圧の流体をスプールに形成したランド
   の２つのエッジ部を通すように分流させ、一方に流体計
   量部、他方に軸力補償部を構成し、流体計量部に導かれ
   る流体に方向を複数回転換すると共にスプールの変位に
   応じて圧力損失を変化させる方向転換部を設け、流体計
   量部と軸力補償部とに分流する流体の圧力損失をほぼ等
   しくなるように設定したことを特徴とする三方向サーボ
   弁。