JPS58501871A - 補償弁のデイジタル駆動制御 - 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】 本発明は一般的（（正と負の負荷補償を行なう流れ制御弁に関するものである。

本発明は特にディジタル弁スフ０−ル駆動に関するものであり、ディジタル信号 に応答して、離散的なステップで弁スフ０−ルを動かし、スフ０−ルにかかる圧 力差か正負の負荷補償（（より制御されるものである。

更に詳しく言えは、本発明はディジタル制能］信号に応答して、正文ｊｄ負の負 荷の制御中に制御スプールにかかる圧力差か正と負の負荷補償により制御される ディジタルサーボ弁に関するものである。

マイクロプロセッサと計算機を用いる電子計算（ロ）路の大部分がディジタル出 力信号を使用する。弁スフ０−ルは一連の離散的な直腸ステップ０で駆動されな けれはならないので、ディジタル出力信号に直接応答するディジタル弁スフ０− ル駆動を行なうに（仁単位時間当りのステップ数が非常に多い高速応答をしなけ れ；まならす困難である。

発明の要約 したかつて本発明の主目的は高速応答性のディジタル弁スプール駆動を提供する ことにある。少ない電力のディジタル入力信号に応答して弁スフ０−ルを離散的 な直線ステップ０で動かすものである。

本発明の他の目的は正負の負荷補償のために負荷の速度力・常に入力信号に比例 するようなディジタルサーボ弁を提供することである。

本発明の更に他の目的は、このサーボ弁を用いると一次方程式により表わされる 系が提供され、その系が本質的１（安定になるようなディジタルサーボ弁を提供 することである。

本発明の更に他の目的（まこのサーボ弁を介すると位置のフィードバックなしで マイクロ７０ロセノサにより負荷の位置を制御することのできるサーボ弁を提供 することである。

要約すると、本発明のサーボ弁においては、低い電力のディジタル入力信号に直 接応答して、負荷の速度は負荷の大きさと極性と（は無関係に常に入力信号に比 例する。マイクロッ０ロセノサは水晶発娠器のクロックに駆動されて複数な屓算 とタイミング機能を実行する非常に有能な道具であり、マイクロ７０ロセノサを 用いて弁スフ０−ルの移動を制（財）することにより比例的な流れの性質のため にフィードバックなしで非常に正確に負荷を位置決めすることかできる。多くの 場合フィードバックは必要なかろう。例えは工作機械のように必要なと＠は、マ イクロプロセッサは最終誤差を修正するときにのみフィードバンクを使う。

本発明の更に他の目的は以下図面と共に好ましい実施例を説明しながら明らかに する。

図面の説明 第１図はディジタルサーボ弁の一実施例１の長手断面図であり、制御スプール、 正負の負荷補償部とパイロット升部とを含み、ディジタルスフ０−ルアクチュエ ータ、増幅段、から動き段、線、／ステム流れ制御器、システムポンプ、第２デ イジタルサーボ弁、略図で示したシステム貯水器も含む。

第２図（・ま水力増幅段と略図のディジタルアクチュエータのけいたスプール駆 動の一実施例の部分的な長手断面図である。

第ろ図１はディジタルスフ０−ル駆動の一実施例の部分的な長手断面図である。

第４図はディジタルスフ０−ル駆動の他９実施例の部分的な長手断面図である。

第５図は第２図のスプール駆動の部分的な長手断面図で、回転／直像変換ディジ タル駆動とから動き機構を含み、ディジタルモータ、マイクロ７０ロセノサ、サ ーボ弁及び他の制（至）システム部品が略図で示されている。

第６図はアナログ制御７ステムにおけるディジタルサーボ弁の略図を示す。

好ましい実施例の説明 第１図を参照すると、制御升部１０と補償部１１とバイしｊノド弁部１２とから 成る流れ制動弁の一夷弛例が負Ｑ　Ｗを駆動する水力原動機１３と主発動機（図 示ぜ−ず）（コより駆動される固定型又は変動型のポンプ０１４との間に挿７（ されている様子が示されている。

もしポンプ０１４が１司定排水量型であるならば、ポンソ゛面れ制御器１５１・ ま圧力差安全升である。これは周知の方法−Ｃあるが、ポンプ０１４から貯水器 １６に流体をハ、（バスさせることにより、ポンプ１４の排、上圧力を水−７１ 原動機１３ｒ’ｌ＋二生じた目荷圧力よりも一定の圧力へ−ｆ−１づ高ぐ保つも のである。もしポンプ゛１４が変動排べ置型−こあＫ）なら（づ２、ポンプ０涼 えｌ制両器１５７４圧力差そ由（賞器である１０．これ：１周ｒ口の女口く、ポ ンプ０１４の４非水硼−ｆ：変えることによりポンプ０１４の排出圧力を水力原 動機１３内（・−一生１つだ負荷圧力よりも一定の圧力差たけ、高く保つもので ある。

占れ制餌１音［Ｓ１０は四通り型であり、弁スプール１９を導く穴１８の付いた ハウジング１７を有する。弁スフ０−ル１９にはラン′ド２０，２１．２２が付 （・ており、これら１：ｊ第１図に示すように弁スプール１９が中立点、・ＩＩ あるときに流体供給室２３と負荷室２４．２５と出口室２６．２７と全分離して いる。正負荷検知ボート２８．２９か穴１８と曲じており、供給室２３と負荷室 ２４．２５との間に配置されている。負負荷検知ボー）３０，３１は穴１８と辿 しており、負荷室２４゜２５と出口室２６．２７の間に配置でれている。ランド ２１に（１正負荷検知ボー１−２８．２９の面内に信刊溝３２．３３が付いてお り、周囲には計量溝３４゜３５か配置さ−１ている。ランド２ｏに（・′よ負負 荷検知ボー１・３００面内（Ｃ信号溝３６が付いており、周囲には計量溝３７が 配置されている。う／ド２２には負負荷検知ボート３１の面内に信号溝３８が付 いており、周囲に（ま計量溝３９が配置されでいる。負荷室２・４゜２５（・′ ：ｉ逆止め弁４０．４１により一方向の流れとなって貯水器１６に接続されてい る。

補償部１１のハウシ゛／グ４２には絞りスフ０−ル４４を摺動案内する穴４３か ある。穴４３（１入口室４５、供給室４６、制倒室４７、出口室４８、排出室４ ９と通している。絞りスフ０−ル４４はランド５０．５１゜５２を有し、制御は ね５３により第１図に示すような位置に押し付けられている。絞りスフ０−ル４ ４のランド５０（１空間５４をつぐって分り、この空間５４は貯水器１６に接続 さね−でいる。絞りスフ０−ル４４のランド５２に（″ｉ正負荷絞り溝５５が付 いており、この溝５５（１絞り縁５６で終端しており、入口室４５と供給室４６ との間にある。絞りスプール４４のランド５１に（グ負負荷絞り苛５７が付いて おり、この溝５７１は絞り縁５８で終端しており、出口室４８と排出室４９間（ Ｃある。

パイロット弁部１２のハウジング５９に（まパイロットスプール６１と自由浮遊 ピストン６２とを摺＠案内する穴６０と、環状空間６３と、制御空間６４とがあ る。パイロ、ノド弁スプール６１はランド６５，６６゜６７を有（〜、これらの ランドｉｒ′ｉ環状空間６８と６９とをつくっている。ランド６５制御室６４内 に突き出ておりパイロット弁はね７０により押さハ、て、はね保持器７１にくい こんでいる。ランド６７は自由浮遊ピストン６２と選択的（・τかみ合い可能で あり、このピストン６２にはランド７２が付いていて空間７３と７４をつくって いる５、環状空間６３は漏洩オリフィス７５により環状空間６９と接続されてい る。側倒空間６４は漏洩流オ］１部７６により環状空間６９と貯水器１６とに接 続されている。

制御弁部１０の弁スフ０−ル１９には手動入力レバ−７７により手動入力するこ とができる。弁スプール１９には丑たステッピングモータ７８から水力増幅機７ ９とから動き機構８０とを経由してディジタル制菌入力か行なわれる。ディ、ジ タル入ヵ信号は固体スイッチ８１からステッピングモータ７８に供給され、変換 器８２は制御回路（図示せず）にフィードバック信号を供給する。

制菌弁部１０の正負荷検知ボート２８と２９は線８３．８４，８５、逆止め弁８ ６、線８７を経由して制御空間６４に接続されている。正負荷検知ボート２８と ２９（ｄまだ線８８、逆止め弁８９、線９０を経由してポンプ０流れ制御器１５ にも接続されている。この制［有］器１５は捷た制御回路９１からの１５Ｉｊ命 Ｊ信刊を逆止め弁９２を経由して受信する。、ボノフ０１４からの出力流′）′ Ｌは流出線９３により入口室４５に接続されてお・す、才だ逆止め弁９４と線９ ５とを経由して環状空間６８にも接続されている。出口室２６と２７１ま＠９５ ゜９６．９７により出口室４８に接続されており、また逆止め弁９８と線９９． ８７を経由して制程空間６４にも接続されている。出口室４８は、ｈｉｏｏと逆 止め弁１０１とにより線９５に接続されて（・る、っ負負荷検知ポー１・３０と ３１は線１０２を経由してパイロット升部１２の空間７４に接続されている。供 給室４６（＝＠１０３により空間７３に接続されている。匍」画室４７（」線１ ０４により環状空間６３に接続されている。

第２図を参照して、第１図のステッピングモータ７８はカバー１０５の上に塔載 されており、キー溝のついたシャフト１０６がカップリング１０７に（・まめら ｈており、カンフ０リンダ１０７　Ｉｔ（ロ）転軸１０８のキー溝のつし・た延 長部とはめられており、１只転細１０Ｂには軸受かはまらｈている。カンフ０リ ンダ１０７に（、−ｉ歯車部１１０が付いており、この歯車部１１０ｉｄパルス 検出器１１１から直径方向に＠れでおり、パルス検出器１１１はカバー１０５の 中にねじ込んであって留めナツト１１２により保持さガている。回転軸１０８の ねし端１１３は入力スリーブ１１４の内側ねじとがみ合っており、このスリーブ １１４　ｆはカバー１０５内の穴１１５内で摺動可能に案内されており、密封材 １１６により適当に密封されている。入力スリーブの溝つき端１１７とビン１１ ８はサーボリンク１２０の溝１１９にはまっている。サーボリンク１２０はビン １２１によりパイロット弁１２３の溝つき端１２２に乗っており、溝１２４がア クチュエータ１２８の円筒端１２７の延長部１２６に付いているビン１２５とは 寸っている。アクチュエータ１２８にはまたピストン１２９が付いていて、円筒 面１３０と摺動可能に（ｄめられており、空間１３１と１３２．七をつくってい る。・・ウジフグ１３４内の穴１３３に摺動可能に装着されているパイロット弁 １２３はランド１３５，１３６，１３７゜１３８を有し、これらのランドにより 環状空間１３９゜１４０．１４１がつくられている。ランド１３６と１３７とは 環状空間１４２，１４３と精度良くしつくりは壕り合っている。環状空間１４２ は通路１４２ａにより空間１３１と接続されている。環状空間１４３は通路１４ ３ａにより空間１３２と接続されている。

環状空間１４０は通路１４４、空間１４５、通路１４６、空間１４７により略図 で描いたシステム貯水器に接続されている。空間１４７はまた通路１４８により サーボリンク１２０の収容されている空間１４９にも接続されている。環状空間 １３９と１４１は通路１５０により略図で示されているシステムポンフ０１４に 接続されている。アクチュエータ１２８の円筒端は密封材１５１と１５２とによ り適当（、Ｃ密封されている。

ここで第ろ図を参照するが、第１図と第２図と同様な部品には同じ番号を付しで ある。ディジクルアクチュエータ７８ｆｄステッピングモータ１５３とリードス クリュー機構１５４から成る。ステッピングモータ１５３（はステータ巻線１５ ６とベアリング１５７゜１５８を容する・・ウジング１５５を有する。ベアリン グ１５７と１５８はロータ１５９の付いた軸１０６にはまっている。軸１０６の キー溝つき端部がカップリング１０７にはまり、カンフ０リング１０７は回転軸 １１３のねじつき端にはまっている。回転軸１０８は軸受１０９により・・ウジ ング１０５に付いており、そのねじつき端１１３は入力スリーブ１１４にはめら れている。軸１０６に（はステッピングモータ１５３のハウジング１５５の外側 に突き出ている延長部１６０があり、この延長部１６０に・・ンドル車１６１が 付いていて、保護器１６３により保護されて（・る。保護器１６３はステラフ０ モータ１５３の・・ウジング１５５に＋−ｉめら丸ている。ディジタルアクチュ エータ、もつと詳しく言えはステッピングモータ１５３に（ｄパルス制御人力１ ６５と回転方向制御入力１６６とが付いている駆動回路すなわち固体スイッチ８ １から適当な電線を経由して電力が供給される。

ここで第４図を参照するが、第６図とよく似ており、同様な部品には同じ番号を 付しである。ロータ１５９の長い軸１６７がステッピングモータ１５３のハウジ ング１５５のベアリング（図示せず）に適当に支えら九ており、ステラビングモ ー２１５３０両側に突き出ている。長い軸１６７の一方の端にはハンドル車１６ １が付いてお９、他方の端（では歯車部１１０が付いている。長い軸１６７は内 側にねじが切ってあってねじ付き軸１６８とはまっており、＠１６８は入力スリ ーブ１１４と留めナツト１６９の内側ねじとはまっている。

入力スリーブ１１４はサーボリンク１２０による回転はしないようになってはい るが、回転防止ビンとかみ合っている溝１７０を付してもよい。

ここで第５図を参照するが、第１図、第２図と同様の部品には同じ番号が付しで ある。ステッピングモータ１５３とリードスクリュー機構１５４から構成される ディジタルアクチュエータ７８と水力増幅器７９とは共に第２図で説明したもの と同じものである。アクチュエータ１２８かから動き模構８０に接続されている 。から動き機構は断面で示てれている。弁スプール１９の端に１は穴１７２があ って、穴１７２の中に止まり部１７４と内部円筒面１７５と保持環１７６とを有 するねじ付きスリーブ１７３が装入されている。内部円筒面１７５は反応部材１ ７７と１７８とを案内する。

反応部材１７７と１７８とははね１７９により上首り部１７４と保持環１７６と に押しつけらオして保持されている。アクチュエータ１２８のｆｉ［８１８０！ ｄ反３部材１７７．１７８にはめられている保持環１８１，１８２によりスリー ブ１７３に関して適所（で配置されている。

反応部材１７７と１７８に１ｔ′ｉ円筒状延長部１８３゜１８４が付いており、 これらは軸１８００表面上を案内てれる。マイクロプロセッサでつくることがで きる電子計算回路１８５がディジタルアクチュエータ７８に接続されている固体 スイッチ８１にディジタル制御信号を線１８６を経由して送る。変換器８２から のフィードバック信号が線１８７を経由してディジタルアクチュエータ７８から マイクロプロセッサ１８５に送られる。マイクロプロセッサ１８５はまた制御信 号１８８を固体スイッチ８１に送り、スイッチ８１は第１図の各部１０，１１． １２と同じものから成るサーボ弁１８９のディシタルアクチユニーク７８を作動 させる。サーボ弁１８９は負荷Ｗを作動させる水力原動機１３を制御する。負荷 位置変換器１９０（グ負荷位置信号を線１９１を経由してマイクロプロセッサ１ ８５に送る。もし負荷位置信号がアナログでちるならは、アナログ／ディジタル 変換器１９２が設けられる。マイクロッ０ロセノサ１８５は入力変換器１９３か らディジタル指令信号を受ける。

第６図を参照すると補償サーボ弁１９４（第１図に示しだものと同じもの）にア ナログ／ディジタル変換器１９２が付いている。入力変換器１９６から入力され た指令信号１９５は差分器、または差動増幅器１９７に送らｉ％る。差動増幅器 １９７はまた水カ原動磯２００の位置変換器１９９からの位置フィードバック信 号１９８を受信する。差分器せたは差動増幅器１９７から誤差信ぢ２０４がアナ ログ／ディジタル変換器１９２に送らシＬる１、 とこて第１図を参照すると、ディジタルサーボ弁は制飢升部１０、補償部１１、 パイロット弁部１２の６個の別個な離ｆｔ、乞部分から成るように示されている 。

−ＪＬらの部分はわかりやすく図示するだめに離して示しであるが、実際に１１ １個の弁装置の中に組込壕れ句一般的に匍Ｊ　Ｉ’ｉｉ１升部１０は水力原動÷ １３に出入りする流体の流れ方向を制御し、その作業室をポンプ又はシスチン、 貯水器に選択的（て同調させる。作業室は負荷Ｗの極性に依存して圧力が加えら ハ２ている。制往弁音１）１０は水力原動機１３に出入りする可変面積オリフィ スを形成する。これらのオリフィスの面積は弁スプール１９の中立位置からの変 位により制御される。水力原動機１３の入口となり正負荷の制（ホ）に使用され る可変オリフィスは計量溝３４．３５の変位によりつくら牙９．る。水力原動か らの出口となり負負荷の制イ卸に用いられる可変オリノィスは計量溝３７．３９ の変位によりつくらハ、る。弁スフ　ル１９は手動入力レバ−７７により手操作 することができるし、あるいは水力増幅器７９とから動き機構８０を経由してデ ィジタルアクチュエータ７８により制御することもできる。駆動回路すなわち論 理チップ、又は同体スイッチによりディジクルアクチュエータ７８に電力が供給 される。ディジタル制副信号１６５（第ろ図参照）はパルス数によりデイジタル アクチユエ−り７８の直線ステツプ数を決め、他方の安定電圧制（財）信号１６ ６ｆｄ電圧値により直線ステノゾの方向を決める。ディジタル変換器８２は直線 ステノン０数を検出してディジタルフィードバック信号を送る。弁スプール１９ の位置がディジタルアクチュエータ７８から水力増幅器７９を経由して制御され ている間、操作者が制（財）しようと思ったときには自動サーボ作用を止めて手 動人カンバー７７により、制御スプール１９はいずれかの方向に完全に動がされ る。この機能ばから動き機構８０により可能になる。

この作用は後で第５図を参照したときに詳しく説明する。

ポンプ１４、水力原動機１３、貯水器１６の間に配置された制御弁部１０の可変 制御オリフィスに加わる圧力差は正負両負荷の制御中に補償部１１の絞りスプー ル４４により絞ることにより制御さね、る。正負荷が制御されている間、正負荷 絞り溝５５の絞り縁５６はシステムポンフ０から流出する流体を充分絞る位置に きて計量溝３４又は３５の圧力差を一定に保つ。計量溝３４又は３５の圧力差が 自動的に一定に保だね７ると、正負荷制御中に水力原動機に流入する流体は弁ス プール１９のその中立点からの変位に比例１するよう（・でなり、正負荷Ｗの大 きさとは無関係になる。負負荷か制御されているときには、負負荷絞り溝５７の 絞り縁５８か水力原動機１３から流ｔ１′Ｊする出力流体を充分絞る位置にあり 、計量溝３７又は３９の圧力差を一定に保つ。

計量溝３７又は３９に加わる圧力差が自動的に一定に保たＪＬると、負負荷制御 中に水力原動機１３から流出する流体は弁スプール１９の中立点からの変位に比 例するようシーなり、負負荷Ｗの大きさに無関係になる。

正負荷の制徊１中（・では正負荷絞り溝５５は常に計量溝３４．３５の上流に位 置しており、他方負負荷の匍］御中は負負荷絞り苛５７が常に計量溝３７．３９ の下流に位置している１、絞りスフ０−ル４４の位置はｉ！ｉｌｉ御：まね５３ の押しつけ力に抗する制御室４７０匍ｊＨ圧力により決められる。

絞り部１１０制徂室４７の圧力、したがってポンプ０圧又は負負荷圧力の絞り量 はパイロット弁部１２により制御される。正負荷の制御中にはパイロットスフ０ −ル６１はその一方の端部は制御空間６４にてパイロット弁はね７０の押し付は 力と共に正負荷圧力にさらされている。この圧力は正負荷検知ｚ　−）　２８又 は２９から線８３又は８４、線８５、逆止め弁８６、線８７を経由して送られる 。他方の端部は線１０３を経由して供給室４６の圧力にさらされでいる。この室 ４６は正負荷絞り溝５５の下流にある。これらの力に支配されてパイロット弁ス プール６１は位置変調がかけられ、制御室４７の圧力を制御し、入口室４５から 流出する流体と充分絞り、計量溝３４又！４３５に加わる圧力差を一定に維持す る。正負荷の匍制御中に自由浮遊ピストン６２はそれに加わる圧力差（Ｃより常 （（左方）Ｃ保だね。

て、パイロット弁６１とは接蛎しない。負負荷の制御中にはパイロット弁スフ０ −ル６１の一方の端部；社／クイロット弁ばね７０の押し句は力と共（（制御空 間６４内の圧力にさらされている。制御空間６４は線８７゜９９、逆止め升９８ 、線９５．９６を経て出口室２６と２７に接続されて・・る。出口室２６．２７ は計量オリフィス３７又（ま３９の下流（ａある。パイロ７ノト弁スフ０−ル６ １の他方の端部１１自由浮遊ビス）・ン６２、空間７４、線１０２を経由して負 負荷検知ボート３０、又は３１の圧力にさらされている。これらの力に支配さｈ て、パイロット弁スフ０−ル６１は位置変調がかけられ、制御室４７の圧力を制 御し、出口室２６と２７から流出する流れを充分絞って計量溝３７と３９に加わ る圧力差を一定に保つ。負負荷の制御中は、自由浮遊ピストン６２はそこに生ず る圧力差によりパイロット弁スプール６１と接触している。

制御空間６４は逆止め弁８６と９８の論理系を経由して正負荷制御中には正負荷 検知ボート２８又は２９に接続され、負負荷制御中には出口室２６又！−ｊ２７ に接読をれる。この機能と自由浮遊ピストン６２０作用とが一緒になって、正負 両負荷の制（財）に同じバイロノ１・弁部１２が使用できる。

正負荷の制御中に正負荷圧力信号が制置弁部１ｏと側倒回路９１から発生し、逆 止め弁８９と９２の論理系を経てポンプ流れ制御器１５に送られる。

逆止め弁９４と１０１の論理系は周知のやり方で流体エネルギーをポンプ１４が ら又は負負荷から出口室によりシステムポンプ１４を作動させずに負負荷の制御 が可能になる。

負負荷の制御中、負負荷絞り溝５７により流体を絞ると、絞り縁５６によって入 口至４５と供給室４６間の流れがしゃ断される。これらの条件下でメイクアノフ ０流体が／ステム貯水器１６から逆止め弁４ｏ又は４１を経由して負荷室２４又 は２５に供給され、有効な仕事を行なうだめのポンプ１４の能力を増強する。

ここで第２図を参照して、ディジタルアクチュエータ７８はステッピングモータ ７８でよく、これは電気パルスを軸１０６の離散的な機械回転運動に変換するも のである。この装置を用いると、電気パルスを加える度に軸１０６は特定の回転 角、例えは１５度回転する。ステッピングモータの回転方向はステノピンクモー タ駆動回路（図示せず）に供給されろ信号により決まる。軸１０６の各角度ステ ップ０はカップリング１０７を経由してねじ付き延長部１１３を有する回転軸１ ０８に伝達される。ねじ旬き延長部１１３は入力スリーブ１１４の内部ねしとは まり合ってい乙ので、回転軸１０８の各角度ステップは入力スリーブ１１４の特 定の直線変位に相当し、直線ステップ０の犬ささばねじの特性により決まる。し たがってディジタルアクチュエータ７８の角度ステップ０数はねじ付き回転軸１ ０８の作用により同数の直線ステップ０数に変換されて入力スリーブ１１４に伝 達される。入力スリーブ１１４は水力増幅器７９の一部であり、これらの直線ス テップ０をより強い力で弁スフ０−ル１９に伝達する（第１図参照）。

前述のようにして非常に小さいステッピングモータ７８が入力スリーブ１１４の 位置を制（２）し、ステッピングモータ７８の各角度ステップ０の結果、比例的 に入力スリーブ１１４が直線に進む。入力スリーブ１１４には溝付き端部１１７ が付いており、端部１１７はピン１１８に有Ｌ、コレが溝１１９を経由してサー ボリンク１２０につながっている。サーボリンク１２０はピン１２５とはまって いる溝１２４により旋回する。

ピン１２５は円筒端部１２７の延長部１２６上（・である。

円筒端部１２７（−アクチュエータ１２８の一部である。

サーボリンク１２０はまたパイロット弁１２３の溝付き端部１２２に保持されて いるピン１２１によっても旋回するよう：てなっている。

ここでピン１１８の付いた入力スリーブ１１４が右から左へいくつか直線ステッ プを行なうと想定する。

ピン１２５は静止したままであるから、サーボリンク１２０は反時計方向に回転 し、ピン１２１を介してパイロット弁１２３を右から左へ動かす。この動きによ りランド１３６が動いて環状空間１４３が環状空間１４１と接続され、システム 圧力下の油が通路１４３を経由して空間１３２と自動的に接続される。同時にラ ンド１３７が同じ距離たけ動いて、環状空間１４２が環状空間１４０と接続され 、環状空間１４０は通路１４４．１４６を経由して／ステム貯水器に接続され、 したがって通路１４２ａを経由して空間１３１がシステム貯水器と実効的に接続 される。空間１３２と１３１間につくられた圧力差によりピストン１２９とアク チュエータ１２８とが右から左に動かされ、サーボリンク１２０！ｄビン１２５ を経由して時計方向に（ロ）転し、しだがってパイロット弁１２３がピン１２１ ’、ｒ介して左から右に図示した位置に動かされ、ランド１３６と１３７により 空間１３１と１３２が実質的に分離される。したがって入力スリーブ１１４が右 から左へ直線ステップ０を行なうたびに、上述のようにサーボリンク１２０とパ イロット弁１２３が作動する結果、アクチュエータ１２８が比例的に直線ステッ プを行ない、アクチュエータ１２８の直線ステップは入力スリーブの直線ステッ プよりもピン１２５とピン１１８及びピン１１８とピン１２１間の距離の比たけ 長くなる。したがって、入力スリーブの直線ステップが小さくともアクチュエー タ１２８の直線ステップを比例的に大きく９ することかてき、これ１ｄサーボリツク１２０の形状により決まる。

入力スリーブ１１４が左から右（（動くと、サーボリンク１２０　！−１ピン１ ２５のまわりに時計方向に回転し、パイロット弁１２３は左から右に動かされる 。パイロット弁１２３か動くとシステム圧力下の油つ入った空間１３１と空間１ ３２が／ステム貯水器と接続される。

空間１３１と１３２間の圧力差により、ピストン１２９とアクチュエータ１２８ が左から右に動かされ、サーボリンク１２０がピン１１８のまわりに反時計方向 に回転し、パイロット弁１２３が第２図に示す位置に持つてこら′）′Ｌる。し たがって、入力スリーブ１１４が左から右へ直線ステップ０を行う度に、サーボ リンク１２０とパイロット弁の制御動作の結果、アクチュエータ１２８が左から 右へ比例的に大きく直線ステップ０を行ない、アクチュエータ１２８とピン１２ ５の動作が機械的フィードバックを行なうことになる。

パイロット弁１２３を動かすのに要する力は非常に小さいので、高速応答性の非 常に小さいディジタルアクチュエータ７８を用いることかできる。ねじによる（ 口）転／直線運動変換機構の特徴は非常に機械的な利点を持っていることと、直 線ステップの長さが非常に短くていいことである。第２図のサーボリンク１２０ の作用により、これらの小さいディジタル直線人力ステップは第２図のサーボリ ンク１２０の形状により増幅されて、アクチュエータ１２８の太き（・デイジタ ルステソゾに変換される。しだがって第２図の機構は単に力増幅器として働らく のみでなく、ディジタル直線入力を増幅してアクチュエータ１２８のディジタル 出力を比例的に大きくする働らきもする。したがって第２図の機構により、アク チュエータ１２８の位置はディジタル入力信号に応答して実質的（（制御するこ とができる。

周知のようにしてパイロット弁１２３に類似したパイロット弁を円筒端部１２７ の中央の穴の中に設けて、追跡サーボ機構をつくることもできる。このサーボ機 構を使えばパイロット弁に直接接続された入力スリーブ１１４の変位が正確にア クチュエータ１２８の変位となる。この種の機構を用いると入力信号は増幅され ないから、アクチュエータ１２８の全制御ストロークによりパイロット弁が動か されなければならないので、応答がはるかに遅い機構となる。

カンフ０リング１０７には歯車部１１０が付いており、歯数１＃：１：ディジタ ルアクチュエータ７８が１回転する角度ステップ数に等しいのが好ましい。周知 のパルス検出器１１１が歯車部１１０の周囲に適当な動作空隙をもって配置され ている。ステッピングモータであるディジタルアクチュエータ７８は角度加減速 を高速で行なうことができ、歯車部１１００個々の歯が比較的高速でパルス検出 器１１１を通過することができる。ステッピングモータが角度ステップを行なう 度に各歯が高速で通過すると、周知のようにして検出器１１１に電気パルスが発 生する。これはステッピングモータであるディジタルアクチュエータ７８が暫定 の角度進んだことを検出するのに用いられる。

ここで第３図を参照すると、ステッピングモータであるディジタルアクチュエー タ７８がもつと詳細に示されている。固定子１５６は通常２本のコイルを含む。

各コイルのまわりに２個の固定子キャップがあり、極対が極ピッチの半分たけ機 械的（（ずらして配置されており、ＩＪ磁極とＳ磁極とが交互に励磁される。両 固定子コイル対間の変位は極ピッチの４分の１である。永久磁石の回転子１５９ が１１固の固定子コイルに金塊れているのと同じ極対数で磁化されている。同転 子１５９と固定子１５６間の相互作用により回転子１５９が巻線の極性反転毎に 極ピッチの４分の１ずつ動く。構造によるが、典型的なステツぎングモータば１ （ロ）転４８ステップ、すなわち１ステツプ７．５度であるか又は１回転２４ス テソゾ、すなわち１ステラフ０１５度である。

回転子１５９の軸１０６にベアリング１５７と１５８がはめられている。通常論 理チソフ０の形をした駆動回路８１から電力が固定子１５６に供給される。駆動 回路８１は低電力のパルス信号１６５を受信する。この信号は軸１０６０角度ス テップ０数を決める。また駆動回路８１は一定の電圧信号１６６をも受信する。

この信号の電圧値により軸１０６０回転方向が決まる。この論理チップは必然的 に固体スイッチ装置であり、低電力のスイッチング信号に応答して、瞬時に比較 的大きい入力電流をステッピングモータ１５３に供給する。

したがって論理チップは増偏装置として働らく。軸１０６の回転運動、すなわち ディジタル回転ステップは回転／直線運動変換機構１５４により直線ステップに 変換される。この機構１５４は既に第２図で説明した。駆動部の直線デイジタル ステノフ０はねじ付き端部１１３により直接人力スリーブ１１４に伝達される。

軸１０６の一方の端部１６０はディジタルアクチュエータ７８の外側に突出てい て、ハンドル車１６１が留めねじ１６２により軸端部１６０に留められている。

ステツぎングモ−りが動かないときには、手で・・ンドル車１６１をまわし、同 時に自転／直線変換機構とサーボリンク１２０とを利用することにより、アクチ ュエータ１２８の位置を調整することができる。この機能は制飢部が故障したと き、すなわち電気系が動かない萱まで負荷の位置を調整しなければならないとき に非常＋ｆＣ重要である。軸１６０の端部と・・ンドル車１６１とは外すことの できる保護部材１６３により保護される。保護部材１６３は外してもステッピン グモータにかぶせておいてもよい。

ここで第４図を参照するとステッピングモータから成るディジタルアクチュエー タ７８に長い軸１６７が付いており、この軸１６７は回転子１５９に留められて いて軸と回転子とは図示してない軸受には寸っている。長い軸１６７の内部にね じが切ってあってねじ付き軸１６８を容しており、この軸１６８は水力増幅器７ ９内の入力スリーブ１１４にねじ込まれており、留めナツト１６９により適当な 位置に留められている。

入力スリーブ１１４の円筒Ｉ＃Ａ部には５ｉ７ｏが付いていて、これは回転防止 ピン１７１とはまっている。回転子１５９と長い軸１６７の回転は周知のように してねじ付き軸１６８の軸方向の移動となって伝達される。

第４図の機構は第３図のそれと同じように働らくが、軸受が１個少ない分だけ簡 単である。

ここで第５図を参照すると、第１図の補償サーボ弁を用いたディジクル制御サー ボンステムが示されている。第１図の弁スプール１９の第１図〜第４図のディジ クル駆動かから動き機構８０と共に詳細に示されている。水力増幅器７９のアク チュエータ１２８の力と直線変位とがから動き機構８０を経て弁スフ０−ル１９ に伝達される。この機構８０により手動入力レバー７７（第１図参照）を用いて 弁スプール１９を手動で変位させることが可能になる。この場合ディジタル入力 駆動部７８によりそのイ装置が匍ｊ＠されるアクチュエータ１２８の位置とは無 関係に、全制御長にわたり可能である。このようになっていると、どんな時でも 手動入力レバー７７を用いて操作者が手で入力すれは例えは負荷の位置に関する 自動サーボ制（財）＠能に完全に打勝つことができる。弁スプール１９を動かそ うとするすべての作用がはね１７９の押付は力を上壕わらない限り、アクチュエ ータ１２８からの直線制御入力は弁スプール１９に完全に伝達される。第５図に 示さｆ′ｌ。

た位置ではばね１７９が反応部材１７７を正寸り部材１７４に押付（ヴ、反応部 材１７８を保持環１７６に押付けて保持しており、まだ反応部材１７７を反応環 １８２に、反応部材１７８を保持環１８１に押付けて保持している。したがって アクチュエータ１２８により伝達されるはね１７９の押し付は力より弱い力は保 持環１８１、反応部材１７８、はね１７９、反応部材１７７を経て止１り部１７ ４にしだがって弁スプール１９へと右から左に自動的に伝達される。逆にアクチ ュエータ１２８に伝達されるはね１７９の押ｆ・」け力より弱い力は保持環１８ ２、反応部材１７７、はね１７９、反応部材１７８、保持す１γ６を経てスリー ブ１７３にしたがって弁スフ０−ル１９−と左から右に自動的に伝達される。し たがってステッピングモーり１５３の軸の時計方向又は反時計方向のディジタル 角度ステノフ０は、から動き機構８０により伝達されろ作動力がはね１７９の押 付は力を越えない限抄、水力増幅器７９を経て直線ディジタルステップとして伝 達され、弁スフ０−ル１９を右から左又ｌＬｉ左から右へと動かす。

ディジタルアクチュエータ７８を作動させずに弁スプール１９を手で動かして機 上を果たさなけれはならない場合を考えよう。周知の如く、入力スリーブ１１４ にはまっているねじ付き延長部１１３の普通のねじは機械的に逆にできないのて 、入カスリ゛−ブ１１４の位置は変わらな（・０弁スゾ−ル１９が左から右：τ 動くと、反応部材１７７を介してはね１７９が圧縮され、保持環１８２か反応部 材１７７かも離れる。他方反応部材１７８（・寸保持環１８１により静ｊ）−１ −た壕１で滉持され、圧縮さ：ｌ″したば：１−１１７９の反作用力は水力増幅 器７９又は入カスＩＪ−ブ１１４に伝達さ九る。反応ｇｔ＋材１７７と１７８間 の距離は升スフ０−ル１９の最大移動幅よりも大きいよう（・二進は力、る。こ のように（７てアクチュエータ１２８の位置に関係なく、弁スフ０−ル１９（ま その全制御移動幅たけ左から右：二手で動かすことができる。

ディジタルアクチュエータ７８が作動せず、弁スプールか手で右から左に動かさ れると、手動力がスリーブ１７３、保持環１７６、反応部材１７８を経て伝達さ れてはね１７９を圧縮する。他方反応部材１７７はアクチュエータ１２８の保持 部材１８２により静止したま１て保持され、はね圧縮による反作用力は水力増幅 器Ｙ９又は人力スリーブ１１４に伝達される。前述の如く、反応部材１７７と１ ７８間の距離は弁スプール１９の最大側（財）移動幅よりも大きいから、弁スフ ０−ル１９はアクチュエータ１２８の位置に関係なくその全制御移動幅たけ右か ら左に動かすことができる。したかってテゞイジタルアクヂユエ−り７８が作動 しないときに、から動き機構８０を介して弁スフ０−ル１９を℃・ずノ１．かの 方向（てその全制御移動幅たけ手で動かすことかでき、入力スリーブ１１４の位 置に関係なく、したがってディジタルアクチュエータ７８と水力増幅器７９の位 置：で関係なく第１図の流れ制御弁又は第５図の流れ制御弁１８９を手動制御す ることが可能になる。

圧力の加えられた流体は略図で示されだポンフ０１４から線２０１により制御弁 部１０、補償部１１、パイロット弁部１２を含む第１図のサーボ弁装置に供給さ れ、線２０２と２０３とによりサーボ弁１８９に供給される。マイクロッ０ロセ ノサ１８５は周知の普通の型のものでよい。このマイクロッ０ロセノサは水晶発 振クロシンにより駆動され、複雑な数学的、論理的、タイミング機能を果たすよ うに７０ログラムされることができる非常ＩＣ有能な道具であって、弁の移動を 制御して高力応答を行、なわせることができる。本発明によれはサーボ弁の正と 負の負荷補償か圧力又は位置のフィードバックなしに実時間で行なうことができ る。正と負の負荷補償てよりサーボ弁に出入りする流速は非常に広い範囲の負荷 反応とは無関係にそのスプールの変位に比例するものが自動的（（得られる。し たがって、マイクロゾロセッサは一期間のサーボ弁の流速を非常に正確Ｋ　ｉ− １′算して水力原動機の対負荷動的アルコゞリズムにしたかつてその期間にわた る時間積分を行ない、離散的、全時間１間隔て出力位置を計算する。計算された 位置（寸制御アルゴリズムで使用され、物理的な位置又は圧力のフィードバック 信号を使わずにサーボ弁をステノビ／グセ−りで動かすことにより位置制御を行 なうことができる。この位１撮制］御は非常：（正確（（行なうことができるの て、多くの場合、特：・二圧縮率の低い油すなわち容積率の高い油を用いた非常 に堅い系を扱うときに、位置のフィードバックは不要であろう。圧力下の大量の 油と任意の負荷（こさらされた容＠率の低い油を用いた比較的軟らか（、・系を 扱う場合でも、いったんマイクロゾロセッサに負荷圧力に関する入力信号か与え られると、圧縮率がマイクロゾロセッサにより正確（て計算されて、負荷の位置 が修正される。例えば工作機械の場合のように、負荷又（・ｄＩ具の位置の正確 さがきわめて重要な場合に（ま、マイクロ７０ロセノサ（ｄ工具の接近する速度 したがってその送り速度を制御するのみてなく、最短時間で必要な位置迄運び、 位置のフィードバックは最終的々小さい誤差を修正するためにのみ使用されるこ とになろう。ステッピングモータが作動してサーボ弁が間欠的に変位すると、負 荷は本発明の正と負の負荷補償（でより応答する。ステップ間の各期間では流速 が一定という特性かあるので、多量圧縮（てより誘起される負荷速度変動は少な くなり、したがって系の安定性が増す。安定性が増すとループ利得が大きくなり 、しだがって応答速度も速くなる。

マイクロプロセッサ１８５は大刀変換器又は他の計算装置１９３のいずれか一方 からディジタル入力信号を受信する。マイクロプロセッサ１８５はこの信号又（ ｄその）０ログラムに応答して、指令信号を線１８６を経由してディシタルアク チユニーク７８に接続されている駆動回路すなわち固体スイッチ８１に送る。す ると第６図を参照して説明したように、ステッピングモータ１５３により実行さ れる実際の回転、すなわち角度ステップ数を表わすパルス信号がフィードバック されるであろう。このフィードバックはマイクロプロセッサから単位時間車たり に送られるステップ数、すなわちパルス数がステッピングモータ１５３の能力を 越えるものであるときに重要になる。このことはマイクｏ　ｆロセノサ１８５の 代わりに、ディジタルパルスの最高速度を制（財）することのできない簡単な計 算回路を使用する場合に起こりつる。このような場合周知の信号蓄積装置を＠１ ．８６内に設けて、計算回路から送られたパルス数を蓄積し、ステッピングモー タ１５３の応答能力の範囲以外のある最高速度でのみこれらのパルスを放出する ようにすればよい。それからステッピングモータの能力に合わせて出力信号を送 ることのできる高級なマイクロプロセッサを使えは、パルスのフィードバックは 非常に有用なものとなろう。なぜならばそのプロセッサはステッピングモータの 故障したことやあるいは低温始動時に油の粘度が高いために動きにくくて負荷が 増したことを検出することができるからである。

マイクロ７０ロセソサ１８５はまだディジタル制御信号１８８を介してから動き 機構８０、水力増幅器７９、ディジタルアクチュエータ７８、位置スイッチ８２ ａの付いたサーボ弁１８９をも制御する。位置スイッチ８２ａは電子回路の始動 時に使用されるが、システムポンプ１４の始時＠に制御スゾール１９の位置を正 確（（確立して、それを中立位置に持っていき、その位置からマイクロプロセッ サが制（ホ）基線を確立する。負荷Ｗを制御する水力原動機１３には位置変換器 １９０が付いており、ここから線１９１を経由してマイクロプロセッサ１８５に 負荷の位置がフィードバックされる。

もし位置変換器１９０がきわめて一般的なアナログ型のものであれは、アナログ ／ディジタル変換器１９８が位置変換器１９０とマイクロッ０ロセソザ１８５間 の線１９１の中に設けられる。もし位置変換器１９０がディジタル型ならは、ア ナログ／ディジタル変換器１９８は必要でない。位置スイッチ８２ａの代わりに 、例えば周知のＬＶＤＴのようなアナログ／ディジタル変換器付きのスプール位 置変換器を用いることができる。

前述の如く、から動き機構８０を介してマイクロプロセッサ１８５の制御サイク ルを中断して操作者が手動制御することができるように手動入カンバー７７が設 けられている。

位置変換器から生ずるフィードバックを用いて普通の方法で負荷Ｗの位置を制御 するためにサーボ弁を使う場合でも、第５図のサーボ系は従来のアナログとディ ジタルのサーボシステムに比べてはるかにすぐれている。マイクロ７０ロセノサ は負荷の位置を計算し、この位置を位置フィードバックにより示される位置と比 較して、警報を発したり、システムを停止するか又は故障中はフィードバック信 号を自動的に無視したり、あるいは変換器の校正を行なったりすることができる 。

第６図を参照すると、本発明のサーボ弁７ステムがトルクモータフラッパ型のア ナログサーボ弁に置きかわることができるよう・になっている。第６図のシステ ムはアナログ入力を受信してアナログフィードバック変換器を用いる。したがっ て入力発生器１９６から入力される一アナログ入力信号１９５と位置変換器１９ ９から入力されるアナログ位置フィードバック信号１９８ａとが差分器１９７た 供給される。差分器１９７の出力２０４はアナログ／パルス変換器１９２に送ら れる。

アナログ／パルス変換器１９２はマイクロコンピュータ機能を有してもよく、あ るいはアナログ誤差信号２０４をその振幅に比例した数のパルスに変換する単純 な（ロ）路でもよい。これらのパルスは駆動回路、すなわち同体スイッチ８１に 送られ、前述の如く各パルス毎にステノビングモ−りとリードスクリューの組７ ８が駆動される。各直線ステツク０が水力増幅器７９に供給されて更に強い力と なってから動き機構８０を経由してディジクルサーボ弁１９−４の弁スプールに 伝達される。この実施例では本発明のディジタルサーボモータシステムをアナロ グサーボモータ用につくられたシステムに直接代替させることができる。

第１図の流れ制御弁は変＠排水量型又は量定排水量型のポンフ０を用いて示して あり、その流れは負荷圧信号９０に応じて変わる。第１図の流れ制御弁は正と負 の負荷補償の機能（Ｃより周知の定圧側倒器付き変動排水型ポンプから供給され るか、あるいは従来の最高系圧安全弁付きの固定排水量型ポンフ０から供給され ることができる。第１図の完全に補償された流れ制御弁は正と負の両負荷を制御 中比例的流れを供給し、一定の圧力／ステムから供給されるであろう。この種の システムを用いた場合、この流れ制御は負荷応答性でない。

本発明の好ましい実施例を詳細に説明したが、本発明は実施例に限定されない。

本発明を充分理解すれば当業者（ｄ本発明の範囲内で多くの変形をつくりうる。

Ｆ／θ／ Ｆ／６５ Ｆ／（、、ｇ ＩＺＩ　ｌｔＷ調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　抵抗負荷又ｈｉＴｉｔ助負荷のかかつている水力原動機（１３）に出入りす る流体流れを絞ることにより制御可能な弁手段（１９）と、前記弁手段（１９） の上流に配置されてパイロット弁手段（６１）に応答し抵抗負荷の制御中前記弁 手段（１９）に加わる圧力差を制御することができる第１の流体絞り手段（５５ ，５６）と、前記弁手段（１９）の下流に配置されてパイロット弁手段（６１） に応答し幇助負荷の制御中前記弁手段（１９）　ｔ１７：、加わる圧力差を制御 することができる第２の流体絞り手段（５７，５８）と、電気制御信号（１８６ ）に応答する制御手段（８１）を有し前記弁手段を作動させることができる作動 手段（了９．了８）と、前記制御手段（８１）に接続されている電気信号発生手 段（１８５，１９６）とを有し、前記水力原動機（１３）に出入りする流体流れ が前記抵抗負荷又は前記幇助負荷の大きさの変化に拘らず前記電気制御信号（１ ８６）の大ぎさに比例して制御されることができるようになっている弁装置。 ２、請求の範囲第１項記載の装置において、前記作動手段（７９，７８）が水力 増幅手段（７９，１２３）を含む弁装置。 乙、請求の範囲第１項記載の装置において、力の伝（７９，７８）と前記弁手段 （１９）との間に設置されている弁装置。 ４、請求の範囲第１項記載の装置において、手動制御手段（７７）が前記弁手段 （１９）と相互接続されている弁装置。 ５　請求の範囲第１項記載の装置において、前記制御手段（８１）が間欠的なパ ルス信号（１８６）に応答する手段を有する弁装置。 ６　請求の範囲第１項記載の装置にお℃・て、前記電気信号発生手段（１８５） が間欠的なパルス信号発生手段を含む弁装置。 ７　請求の範囲第１項記載の装置において、前記作動手段（７９，７８）が前記 弁手段（１９）を離散的なステップで作動させることができる直線ステップ出力 手段（１２８）を含む弁装置。 ８　請求の範囲第１項記載の装置において、前記作動手段（７９）がステッピン グモータ手段（１５３）を含む弁装置。 ９、　請求の範囲第１項記載の装置において、前記電気信号発生手段（１８５， １９６）は計算手段（１８５）を含み、該計算手段（１８５）は前記弁手段（１ ９）の直線移動を制御中に前記弁手段（１９）を介して流体流れを計算すること により前記抵抗負荷又は前記幇助負荷の位置を制御し計算するようになっている 弁装置。 １０、請求の範囲第９項記載の装置にお℃・て、前記計算手段（１８５）がマイ クロプロセッサ手段を含む弁装置。 且請求の範囲第９項記載の装置において、指令信号手段（１９３）が前記計算手 段（１８５）と相互接続されている弁装置。 １２、請求の範囲第９項記載の装置において、前記抵抗負荷又は幇助負荷の位置 に比例的な信号を供給する位置変換フィードバック手段（１９８，１９０）が前 記計算手段（１８５）と相互接続されている弁装置。 １３　請求の範囲第９項記載の装置において、パルス設定フィードバック手段（ ８２，１１１，１１０）がステップ出力手段（１１０）からの信号を前記計算手 段（１８５）に供給する弁装置。 １４、請求の範囲第１項記載の装置において、前記電気信号発生手段（１８５， １９６）がアナログ信号発生手段（１９６）とアナログ／ディジタル信号変換手 段（１９２）とを含む弁装置。 １５、請求の範囲第１４項記載の装置において、前記アナログ信号発生手段（１ ９６）が差分器手段（１９７）とアナログフィードバック手段（１９８，１９９ ）とを含み、該アナログフィードバック手段は前記負荷Ｗの位置に比例するアナ ログ信号を発生してそれを前記差分器手段（１９７）に供給する弁装置。