JPS5854207A - 電子流体式のサ−ボバルブ装置 - Google Patents

電子流体式のサ−ボバルブ装置

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JPS5854207A
JPS5854207A JP57155328A JP15532882A JPS5854207A JP S5854207 A JPS5854207 A JP S5854207A JP 57155328 A JP57155328 A JP 57155328A JP 15532882 A JP15532882 A JP 15532882A JP S5854207 A JPS5854207 A JP S5854207A
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JP
Japan
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servo
electrical
pulp
magnitude
response curve
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JP57155328A
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English (en)
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ジユリオ・コンタルトウス
ジヨウアキ−ム・デイ−ツ
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Thales SA
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Thomson CSF SA
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Publication date
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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】 本発明は電子流体式のサーボパルプに関する。一般に、
サーボパルプは電気の大きさ、電流あるいは電圧を、対
応する流体の大きさすなわち圧力あるいは流量へ変換す
る装置の分類に属する。
サーボパルプは、数年にわたって改良が行なわれてきた
電子油圧制御システムにおける電気化１ｊ御と機械動作
との間のインターフェース素子として主に使用される。
その応用範囲は航空ある−・（ま軍事分野に限定される
ものではなく、他の諸分野にも広がっており、とりわけ
工作機械、冶金学、自動車機器、及びプラスチック材料
を変イムする機械において電子油圧式サーボシステムを
見ること力ｔできる。
サーボパルプは、油圧ジェネレータによって供給された
原エネルギーから、その一部を要求形態に合わせて電源
部材、モータある℃・はシリンダ、及びビス十ン装置へ
戻すものである。電気制御電源と被制御油圧電源との比
率は現在のところ１０４〜１０６の間にある。実際、／
ワットの数百分の／あるいは数十分の／の電気信号を用
〜・て、数十ないし数百キロワシトの油流出が制御でき
る。
サーボパルプから成る開ある−・は閉す−ボ匍１徊１ル
ープの正確な動作については、サーボパルプ特性レスポ
ンスが出来る限り直線になることカー一般に望ましい。
同時に一他の構成部品につ℃・てし１、その性′能、応
答速度、出力電源、零位点付近の制御適合性などを高め
つつ、エネルギー損失、空間占有率及び原価費用を削減
する努力がなされた。
これまで、現在入手可能な限界にさえせまる非常に高品
質な製造技術を用いて、直線性並びに他の質が提供され
ている。これが高価格の原因になっている。
本発明は、上述のような非常に高精度の製造技術を必ず
しも含まない装置を使用することにより・　て、制御信
号とその結果得られる動作との間に望ましい比率を確保
することを目的として℃・る。
取るための電気人力′と、前記電気制御振幅に対応した
油圧量を送達する油圧出力とを有し、＠１１己電気振幅
の作用としての油圧量のレスポンス曲線＆ま理想的な希
望レスポンス曲線からある程度離れており、実際のレス
ポンス曲線に整合した電子装置を備え、この装置は前記
装置の制御入力と０」１１己サーボバルブの適切な呼び
かけを行なう前記電気入力との間に接続されており、前
記電子装置は一方で信号にそして他方で前記実際のレス
ポンス曲線に依存している補正出力電気振幅（１）を生
成すると共に、前記電気制御信号の作用としての前記油
圧量のし′スボンス曲線が希望する理想的なレスポンス
に殆んど近似するように動作することを特徴とする、電
子油圧式サーボパルプ装置が提供される。
この希望レスポンスはより一般的には総体的な線形レス
ポンスとなるが、サーボパルプ自体のある一定の構造上
の特徴に基づいて直接動作することによって得られる、
一定のより分散化した動作を行なえるように適合できる
。
本発明の他の特徴によれば、従来の長方形状のものとは
異なった形状をしたサーボパルプ内の油流出制御ボート
が描画され、その結果サーボパルプのパルプスプールの
移動作用としての指数関数動作が、全体的な線形制御と
共に得られる。
本発明によってもたらされる利益は、゛特に特性が同じ
であるとすれば、よりすぐれた性能を有するサーボパル
プを製造できると（・うことである。
以下、図面を参照しながら本発明の好ましく・実施例に
つき詳細に説明する。
第１図は簡単な閉ループサーボ制御システムの簡略化し
た構成図を示す。ピストン１０の位置は制御装置／２に
よって制御される。この位置は位置のセンサ／ｌｌによ
って検出され、制御装置／２及びセンサ／４’が発生し
たコ個の電気の大きさの差が減算器／乙から提供される
。この差は増幅器／ｇで増幅されて、次にサーボパルプ
２２の制御コ゛イル、２０に加えられる。サーボノぐル
プ２２の油圧油、２４’は、ポンプ、２乙から加圧され
た油圧油を受は取り、前記差の符号に基づき、その丸ρ
二に関連した割合に比例した油圧を、ダクト２３及び２
Ｓを介してピストン１０の一方の、あるいは他方の上側
面に分配する。
第２図は、コイル２０の入力に加えられた電気の大きさ
１と、その結果得られた油圧量Ｒと嗜の間に確立された
関係を示す。従来技術のサーボ・くルプ装置を用℃・る
と、レスポンスの曲線、２ｇが得られるが、図示したよ
うな欠点な【１して（・る。なお、この欠点は明確にす
るために誇張して図に描（・である。一方、原点を通る
直線となっている曲線３０は、本発明の装置を用いた場
合にｉＥ確に得られる望ましいレスポンスの曲線を示す
。曲線２ｇを解析してみると、ゼロのあたりで変化する
ゲイン、並びに最大及びヒステリシス限界の近くで変化
す。
るゲインにおける、不正確に置かれた零位点、Ａ点及び
Ｂ点といった欠点が特に示されている。
本発明によれば、増幅器／ｇの出力とサーボノ；ルプ２
２用の電気制御信号の入力との間に、第１図に破線で示
した（・わゆる電子式の整合回路３２を挿入することに
よって、これらの欠点は緩和される。この電子式の整合
回路３２は、第３図に詳しく示すように、入力のバッフ
ァ増幅器３’ｌと、アナログ・ディジタル変換器３乙と
、メモリ３ｇと、ディジタル・アナログ変換器ｌ１０、
及び出力のバッファ増幅器ダｊとで構成される。メモリ
３ｇは入力信号として認められた各々の値に対して、サ
ーボパルプが出力する所要の油圧量となる対応した値を
記憶、へする。この変換を有効にするために、その人力
信号はメモリをアドレスするのに役立ち、そしてこのア
ドルスに記憶された値が要するに人力値に対応している
。
ツつの変換器３乙及びｌｌＯは多数の素子を共同で都合
良く使用し、それらはタイムシェアリングで使用される
。これは１００ヘルツ位のあたりに位置する最大油圧応
答周波数をはるかに超える、約７０キロヘルツ程度の最
大電気変換周波数であるために可能となるものである。
理想的なレスポンス曲線に良く近似したものな得るため
に、ツ組の値がメモリに供給され、その一つは曲線２ｇ
の立上り部に対応し、もう一方は立下り部に対応してい
る。この場合、第３図の回路は第９図に示すように変更
され、ここでは９制御信号の変化の方向を検出するため
の装置ｌＩｑが実装されると共に、更に／２進アドレス
指定用の素子ｔＩＳが付加されている。例えば、重量ビ
ット（ｈｅｃＬｖｙ　ｗｅｉｇｈｔ　ｂｉｔ　）　　は
論理値／に対して立トり方向を示し、論理値Ｏに対して
は立下り方向を示す。
一般に、各メモリはサーボパルプの製造が終ｒする頃に
、その独自のサーボパルプに合わせて調整される。′線
形レスポンスを得るために、第Ｓ図を参照して説明する
次の方法に基づいて操作を行　□なう。検査測定の装置
ｑ乙に新しいサーボパルプ２２を実装する。電気制御の
大きさｌはサーボノくルプ２２に加えられ、そこから得
られる油圧量ｐを測定する。アナログ・ディジタル変換
器Ｉ１ｇでト分にディジタル信号に変換された後、油圧
量ｐはメモ＋１３ｇをアドレス指定し、一方電気制御の
大きさもまた、変換器ｌｌｑでディジタル形に十分変換
された後、次に書き込み状態で動作しているメモリ内に
書き込まれる。電気大きさ１は、油圧量ｐが使用した分
解能においてそれぞれの使用可能アドレスを指示できる
ように変形される。プログラム可能なリードオンリ・メ
モリ（ＦＲＯＭＳ　　）が使用される。使用時には、所
要の油圧量ｐに比例した制御信号を用いてメモＩＪ　３
　ｇのアドレス指定を行なう。従ってこのメモリ３ｇは
それを得るために自動的に電気大きさ１を送達する。
先ず初めに一般的な使用に際しては、本発明による電子
整合回路は製造上の欠点を減らすのに役−°ノ、つ。し
かしながら、この回路な用いれば他にも興味深（・こと
か可能となると共に、製造上の欠点を単に修正すること
により、非線形分配法則を有するサーボパルプ装置が線
形化されることになる。
装置全体が線形化されるのに加えて、本発明の範囲内で
サーボパルプ自体に適する一定の特性に基づいて動作す
ることが＝Ｊ能となり、これは電子整合回路を備えるこ
とによって可能となるものであり、更に使用装置を共に
働かせることによって、装置に対して他の望ましく・質
を得ることもできる。
従って、以下のことが挙げられる。
サーボパルプによって制御された油圧モータの［駆動平
坦度−１の減少、 サーボパルプの油圧漏れの減少、 分配器のみによる固有ドリフトの減少、サーボモータの
低速時における平滑度の改善、弱℃・制御信号に応答す
るためのサーボパルプの容量の改善、並びに要求に応じ
た応答性能を備えることかできること、 所定の直線性を得るためにサーボパルプに対する製造上
の許容度を増大できること、あるいは逆に整合回路がな
い場合に取り得る許容度よりも大きな許容度を有するサ
ーボパルプを線形化できること、及び 浸食効果の減少。
本発明に従ってこれらの結果をいかにして得るかを理解
しやすくするために、第４図を参照しながら典型的なサ
ーボパルプの動作の概略について述べる。電機子ＳＯの
回りにコイル２０が巻いてあり、このコイル電機子のア
センブリは磁気回路Ｓ２内に収容されている。コイル２
０を流れる電流１は、電機子ＳＯを揺動させる偶力を生
み出す。
この動作によって電機子と一体になったブレードＳｌｌ
が駆動されるが、このブレードは油路中に沈められてい
る。ブレードＳｔｔの可動性はそれを取り巻くたわみ管
５乙によって与えられる。なお、このたわみ管は油路と
電気回路との間を密封しや断して（・る。ブレード５グ
は一端がパルプスプール乙０に係合した連動のバネ（ｒ
ｅｔｒｏ酎１ｏｒ耐　ｓｐｒｉｎｇ１３ｇによって突出
されている。
ブレードＳｌｌはλつの校正用のオリフィス乙３及び乙
グを介して加圧油によって支持されたユつのノズル乙／
及び乙ユの間に配置されている。油は圧力の人１］７０
を通ってサーボパルプの本体ｊ４に到達し、そして戻り
出ロア２を通って分散される。ブレード５りが例えば乙
コで示したノズルの一つに向って動くと、それは同時に
他方から遠ざかることになるので、ノズル乙／を通過す
る油の流れが増大し、ブレードＳＩＩはそれが接近しつ
つあるノズル乙ユを通る流れに関してノズル６／から遠
ざかることになる。その結果圧力は接近したノズル４．
２の背後で増加し、かつ他方のノズル６／の／’ｌ−後
で減少するので、次にバルブスプール乙θは差圧を受け
る。この圧力の作用の下でパルプスプール乙θが動くと
、それに伴なって連動のバネＳｇが駆動され、初期電磁
偶力と反対の偶力を作り出す。これらの偶力がつり合う
地点で、ブレードＳｌｌは再びコつのノズル乙／と乙コ
との間の中央に位置し、そしてバルブスプールは初期電
磁偶力の大きさによって決定された位置に停止する。
ハルブスプール乙０は、バルブスプール乙０の一部を形
成するピストン４７．６ｇによって徐々に覆いが取り除
かれる異なるポート７！；　、７乙を備えたスリーブ？
４’の中に収納されている。これらのポートは、バルブ
スプール乙Ｏの移動方向に基づいて、圧力人ロアθある
いは戻”り出ロア２のいずれか一方に関係しなから配置
される。ポートはコつの使用者用のオリフィス乙Ｓ及び
６乙を通過する油の流れを制御する。
そこで次の２つの効果がある。すなわち、電磁偶力によ
りパルプスプールが動き、バルブスプールの位置はポー
トの露出比率を決定し、そこを通過する油の流れを制御
することになる。
事実、一般にサーボパルプのスリーブは線形流れ法則を
もたらす長方形ポートを有する。低流量付近で、サーボ
パルプのレスポンスにおける役割を果たしているパラメ
ータは、スリーブ内のノ（ルプスプールを軸方向及び放
射状に調整することにあり、より正確に言えば中立点の
回りの領域を覆る。性能は本来サーボパルプの工作精度
並びに試験作業台におけるその調整具合で左右される。
実際、零位点付近の１、乏ｒＪ結果を得ることは非常に
困難であり、パラメータを−っ改善することによって必
ずもう一つのものが悪化する結果となる。例えば、パル
プスプールの移動経路を長（することによってゼロ交差
の精度を改善すると、動的性能が劣化する結果となる。
しかしながら、本発明の教示によれば、電子整合回路に
付随してポートの形状を変更することによって、装置の
所要の線形化が達成されると共に、ゼσにおけるより良
好な交差精度が得られる。このため、ポートの形状は通
常の長方形状とは異なるものとなる。
第７図は、上述のような非長方形ポート７１の平面図を
示す。駆動側ｇヶはミＩＪメータの数６分の／程度の非
常に精巧な部分であり、その部分は通常の長方形部分に
向って徐々に広がって行く。
理想的には、曲線は指数関数であるが、製造上の都合に
より、ｇＯ，ｇ２を中心とするコ個の円を描き、点ｇ４
ｔと長方形部分７Ｓとの間の中間付近で共通接線を有す
る。スリーブ内のこのようなポートを通り抜けるために
、連続して希望形状に近づく一組の電極を用いた電気浸
食工程が使用される。第７図に示したようなこの形状、
あるいは類似した形状を用いることによって、覆いが取
り除かれるポートの、最初の部分ｇｑは、ゼロ付近の微
細制御と同時にすぐれた動的レスポンスを与えることは
注目に値する。すなわち、パルプスプールの移動方向に
関してポート部分が増大するにつれて、ゼロ付近の固定
量の均等移動は、ゼロからかなり離れて制御された浦の
流出量よりも少ない量の油の流れを制御する。
前述の説明から、本発明によって提供される上述したす
ぐれた効果が良く理解されよう。従って、駆動平坦度が
減少する。先行技術においては、サーボパルプによる流
出に伴なってどのような油圧モータが使用されようとも
、使用者のオリフィス乙Ｓ、乙乙（第４図）内の圧力は
、パルプスプール乙ｇが反対ポート７５．７乙である場
合には決定できず、その位置が「ゼロ付近」と呼ばれる
。
この圧力は実際、製造精度及びパルプスプールとスリー
ブとのアセンブリの表面状態に依存している油圧漏れの
レベルに関係している。すなわち前記精度は、パルプス
プールの直径精度、スリーブの内径精度、パルプスプー
ルとスリーブのはめあいにおける機能公差、及びスリー
ブの張出部に面しているパルプスプールの縦方向の張出
部の位置における精度−「零位点公差」と呼ばれるもの
ｂ意味する。
現在のところ、「駆動平坦度」を減らすために、パルプ
スプールの張出部に面しているポート張出部は、圧力オ
リフィス７θにおいて覆われ、戻りオリフィス７２にお
いて露出されなければならない。戻りオリフィス７２の
全体を覆い、しかも圧力オリフィス７０の覆いを取り外
すと、使用者オリフィス乙Ｓ、乙乙内の圧力が極端に高
くなる。
逆に、戻りオリフィス７２の覆いを外し、圧力オリフィ
ス７０に覆いをかけ・ると、圧力は非常に低くなる。
油圧モータの種類に応じて、使用者圧力は低いか高いか
のいずれかになる。高圧の場合は、モータの内部摩擦は
大きくなり、しかもモータの機械的構造上の特徴（すな
わち、製造公差、構成要素の変形等・・・）に依存する
。従って、移動部品を引き離すためには、モータを回転
させるある一定の初圧が必要となる。
［保持スリップ（Ｓｔｉｃｋ−ｓｌｉｐ月と呼ばれるこ
の初圧は、サーボパルプの電気制御信号により迅速に応
答して、・部品間の摩擦力に打ちかってモータを回転さ
せなければならない。実際、モータはその各部品が引き
離されて始めて回転できる。一方、本発明によれば、こ
の微小な時間すなわち各部品を引き離す時間は確保され
ず、あるいは摩擦の影響が少なくなるので駆動平坦度が
減少し、しかもゼロ付近の圧力制御が改善されることに
なる。従つて、引き離し圧力に影響を及ぼすことによっ
て、低速時の制御の下ですぐれたモータが得られる。
ゼロ付近のポートの部分、対向しているパルプスプール
／ポートの張出部ががなり削減されるため、油圧漏れは
減少する。
分配器自体による固有ドリフトの減少は、本発明によれ
ば、パルプスプールが公知技術における同一流量に対し
て必然的に長い移動経路を有するといった事実に起因し
ている。従って、その移動経路がゼロ付近で高くなるた
め、パルプスプールの位置決めが適切に行なわれないと
、サーボパルプの特徴であるドリフトに対して殆んど影
響が及ばないことになる。
サーボモータの低速平滑性の改善に関しては、通常のサ
ーボパルプを使用した場合、パルプスプールが不安定な
ため、ゼロ付近の圧力及び流量も安定せず、その結果モ
ータ速度が一定にならなくなることに注目すべきであえ
。本発明によれば、圧力ゲイン、従ってゼロ付近の圧力
及び流量の変化はなお一層支配され、その結果低速時の
動きはより安定しなめらかになる。
パルプスプールの移動経路が制御下において少ない流量
を運ぶには長いので、ゼロ付近すなわち小さな電気信号
に対して、小さな制御信号に応答するためにサーボパル
プの容量（この容量を「分解能」と呼ぶ）が改善される
と共に、要求に応じたレスポンス性能を有することがで
きる。これらのレスポンス性能は要求に応じて対応でき
る。というのはそれらがポート７！ｆ；、７乙の形状の
法則に関連した、あるいは無関係な電気制御信号の法則
に従って確立できるからである。
所要の直線性を得るために、サーボパルプに対する製造
公差を増加できることは、次の事実に起因する。すなわ
ち、電子整合回路によって現在の製造上の欠点が制御の
下で改善されると共に、製造上の精度及び品質、特にパ
ルプスプール／スリーブアセンブリに関する現在のサー
ボバルブの性能が改善されるといった事実による。その
結果、該整合回路身用いない場合に取り得る公差よりも
高度に課された公差を有するサーボパルプを線形化する
ことはより重要であり、そして性能が現在の技術的可能
性によってのみ制限される整合回路を用いて、製造公差
を狭めることによって、すぐれた分解能が得られる。
浸食効果の削減は、浸食粒子を運ぶ油圧油の通路に接触
しているスリーブ及びパルプスプールの張出部の外周の
長さを減らすことによって得られる。
このように、先行技術の装置の性能を大幅に改善した性
能を有する電子油圧式サーボパルプ装置が説明された。
なお、この装置は使用したサーボバルブを制御している
いわゆる整合電子回路を内蔵しており、その回路によっ
て更にサーボバルブの機械的特徴を確実にするために任
意の変更を行なっても良く、しかも装置の性能を改善す
るために更に役立つものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は閉サーボ制御ループの簡略化した構成図、第２
図は希望レスポンスを形成する理想的なレスポンス曲線
と、先行技術の装置を用いて得られた誇張した欠点を有
すａ実際の曲線を示し、第３図は電子整合回路の形態を
した電子装置の好ましい簡単な実施例の概略図、第９図
は第３図のものを改良した概略図、第Ｓ図は電子整合回
路用のメモリの構成図、第４図はサーボバルブの断面図
、そして第７図は非長方形ポートの平面図を示す。 ／ｂ・・・ピストン、　　／２・・・制御装置。 ／グ・・・位置センサ、　／乙・・・減算器。 ７ｇ・・・増幅器、　　　２２・・・サーボパルプ。 ユダ・・・面圧部、　　　２乙・・・ポンプ。 ２３．２３　　・・・ダクト、２ｇ・・・レスポンス曲
線。 ３２・・・電子整合回路。 ３’ｌ・・・入力バッファ増幅器。 ３ろ、’１ｇ　、４’？　　・・・ＡＤ変換器。 ３ｇ・・・メモリ、　　　　ｔＩｏ・・・ＤＡ変換器。 Ｌ５・・・コ進アドレス指定素子。 ＳＯ・・・電機子、５．２・・・磁気回路。 ５４’・・・フ゛レード、゛　　Ｓ乙・・・たわみ管。 乙３．乙ヶ　・・・校正オリフィス。 乙Ｓ、乙乙　・・・使用者オリフィス。 ｂｏ　、　ｂｇ　　・・・バルフ゛スプール。 ７０・・・圧力入口、　　７２・・・戻り出口。 ７４’・・・スリーブ、　　７５・・・非長方形ポート
。 特許出願人 トムソン　−　セーエスエフ ムーブ　ニス　アー、エール、エル。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）　　電子流体式のサーボバルブ装置であって、該
    サーボバルブは電気制御の大きさを受は拘るだめの電気
    入力と、前記型・気制訂の大きさに対応した流体の大き
    さを送達する流体出力とを有し、前記電気大きさの作用
    としての流体大きさのレスポンス曲線は、理想的な希望
    レスポンス曲線からある程度層れており、実際のレスポ
    ンス曲線に整合した電子装置を備え、この装置は前記装
    置の制御入力と前記サーボバルブの適切な呼びかけを行
    なう前記電気入力との間に接続されており、前記電子装
    置は一方で信号にそして他方で前記実際のレスポンス曲
    線に依存している補正電気出力の大きさを生成すると共
    に、前記電気制御信号の作用としての前記流体大きさの
    レスポンス曲線が希望する理想的なレスポンスに殆んど
    近似するように動作することを特徴とする、電子流体式
    のサーボバルブ装置。
  2. （２）　　前記装置のレスポンス曲線が線形である、特
    許請求の範囲第１項記載のサーボノくルプ装置。
  3. （３）　　前記装置のサーボバルブはボートを有し、該
    ポートはサーボバルブに加えられた電気信号によって制
    御されたサーボバルブの・くルブスプールが移動する間
    、徐々に覆いが取り外されるような形状をしてお、す、
    ゼロ付近のサーボノくループ内の油の流量を光学的に調
    整できるようにした特許請求の範囲第１項または第２項
    記載のサーボバルブ装置。
  4. （４）　　前記サーボバルブのバルブヌプールの増加移
    動と、前記露出したボート面の増加との間には一般に指
    数関係があることを特徴とする特許請求の範囲第３項記
    載のサーボバルブ装置。
  5. （５）前記実質的な指数関係は、指数関数の経路の中間
    付近で共通接線を有する一つの円の２つの弧によって近
    似されることを特徴とする特許請求の範囲第９項記載の
    サーボバルブ装置。
  6. （６）　　前記電子装置は、増幅器の出力と前記サーボ
    パルプとの間において、アナログ・ディジタル変換器を
    有するバッファ増幅器と、メモリと、ディジタル・アナ
    ログ変換器、及びノ（ソファ増幅器とを有することを特
    徴とする特許請求の範囲第１項記載のサーボパルプ装置
    。
  7. （７）　　前記メモリは、前記電気制御信号により決定
    された所定のアドレスにおいて、前記ナーボノ（ルブの
    出力で送達する値、すなわち希望油圧量の値が書き込ま
    れる半固定記憶装置であることを特徴とする特許請求の
    範囲第６項記載のサーボパルプ装置。
  8. （８）　　前記電気装置は、前′記制御信号の変化方向
    と付随するアドレス指定ビットとを検出する装置を含む
    ことを特徴とする特許請求の範囲第６項記載ノサーボバ
    ルプ装置。
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