JPS5934883B2 - 電磁サ−ボ弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電磁サーボ弁にかかり、特に流量と共に圧力を
制御する新しい型の電磁サーボ弁に関する。

従来、流量および圧力を共に制御できるサーボ弁として
はＰＱサーボ弁、スリュ（ＳＬＥＷ）弁が知られている
。

この内特に圧力による静的偏差を打消すことを目的とし
たものはスリュ弁である。

以下、この弁を第１図に基づいて説明する。

図において、スリュ弁の弁部はスプール１３およびスリ
ーブ１４よりなっており、スリーブ１４には圧油ポート
１７，１８、ドレンポート１９、および負荷ポート１５
，１６が設げられる。

スプール１３は、トルクモータ１でアーム２を動かし対
向するノズル４，５の圧力を変え導管ｌＬ１２の圧力を
変えることによって操作される。

この時スプール１３の動きはフィードバックワイヤ３で
アーム２に帰還される。

さらに負荷ポートの圧力が導管９，１０よりスリーブ７
に導かれ、スプール６を負荷圧に応じて動かす。

このスプール６の動きはフィードバックワイヤ３により
アーム２に帰還され、負荷圧力による静的位置偏差を補
正する。

尚、上記静的位置偏差とは、第１図においてＣ１゜Ｃ２
（１５，１６）と記した部分にアクチュエータがつなが
り、この肉圧力が導管９，１０にてスプール６の両端に
加わり、圧力差のみがフィードバックされる。

もし圧力差−〇ならばフィードバック信号ではない。

もし一方の圧力のみがスプール６に伝わるなら（導管９
を閉じた場合）その圧力によってフィードバックが生じ
る。

これを静的位置偏差を生じるという。

つまり圧力による影響をここでは偏差といっているもの
である。

尚、８はスプール６の中立点を位置決めする押圧バネで
ある。

しかるに、このスリュ弁はノズルフラッパ形であるため
油の汚染に対して弱く、油中の異物がオリフィスやノズ
ルに引掛かると誤動作を起すという根本的な欠点を有す
る。

また、この弁は４方向弁であるため、２つの負荷ポート
の差圧をフィードバック・ワイヤに帰還する構造となっ
ており、圧延機の油圧圧下用ジヤツキの操作等に使用す
る３方向弁にはそのまま使用できないのが実情である。

本発明は上記の事情に鑑みこなされたもので、。

従来技術の欠点をなくし、油の汚染に対して強く、かつ
圧力による負荷変動を補償する３方向電磁サーボ弁を提
供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明の電磁サーボ弁の特
徴は、スプールをフォースモータによって直接移動する
ようにすると共に、前記スプールの変化検出器を構成す
る可動部である鉄心を該スプールに設け、該変位検出器
を構成する検出部であるコイルを負荷ポートの液圧によ
って変位する可撓膜に取付け、前記変位検出器から得ら
れた検出値に基づいて前記スプールの位置を調節するよ
うにしたことにある。

この様に構成することにより、従来の如くロードセルや
圧力検出器を別途取付けることは必要がな（なり、スプ
ール弁の帰還信号と圧力信号のザミングアンプが不要と
なる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は本発明になる電磁サーボ弁の一実施例を示すも
のである。

図において、スプール２１はスリーブ２２内を自在に摺
動する。

スリーブ２２には圧油ポート２３、ドレンポート２４、
負荷ポート２５が設けられ、スプール２１の移動によっ
て負荷ポートに供給する圧油の量を加減する。

また、スプール２１およびスリーブ２２にはパケット状
の油室２６を設け、圧油が通過する際スプールに発生す
る流体力学的な推力を補償する。

スプール２１の一端にはロッド２１を介してコイル２８
があり、次に説明するマグネットの間隙に挿入してフォ
ースモータ２９を形成スる。

フォースモーク２９の固定部はマグネット本体３０とヨ
ーク３１，３２よりなっており、ヨーク３１゜３２間が
コイル２８の挿入される間隙となる。

上記の構成により、コイル２８に電流を流せばフォース
モータ２９に力が発生し、スプール２１は移動する。

ここで、スプール２１はコイル２８からさらに延長して
コア３３連結する。

コア３３はスプールと一体となってケース３４内を移動
し、その速度に比例した電圧を発生する。

これがスプール２１の速度検出器である。

尚、前記コア３３は速度検出要素であって本願発明の要
旨と関係は無い。

そしてこの速度検出器となるコア３３は、スプール２１
自体の運動に対しグツピングを付与することを目的とし
てコア３３の基部にはスプール２１に定位性を与えるた
めの弾性体３５を設げ、ケース３４によって保持してい
る。

ここでナツト３６の操作によってケース３４を移動する
ことにより中立点位置を調整する。

一方、スプール２１の他側には後述する差動変圧器の鉄
心４１を固外し、差動変圧器のコイル４０は可撓膜３９
上に曲走する。

可撓膜３９は油室３８を仕切っており、油室３８と負荷
ポート２５とは油路３７によって結ばれる。

しかして負荷圧により可撓膜３９は遂位し、差動変圧器
には負荷圧による膜３９の移重とスプールの移動とによ
る相対変位に比例する電圧が発生ずる。

尚、この場合、変位検出器としマ差動変圧器を例示した
がこれに限定されること７く必要な精度を得るものであ
れば如何なる変位杉山器であってもよい。

第３図は本発明サーボ弁の特性をブロックにＪって示し
たものである。

図において、Ｋ１が）岡−スモーク２９の伝達関数で、
Ｘがスプール２１の変位、Ｋ２／Ｓがスプール２１の変
位に対する負荷シリンダ（変位ｙ：図示せず）の伝達関
数、Ｋ３がシリンダ変位ｙとシリンダ圧力Ｐの伝達膜数
、Ｋ４が可撓膜３９の伝達関数、Ｘ′が圧力Ｐに対する
膜３９の変位、Ｋ、がＸとＸ′との相に対する差動変圧
器の発生電圧の伝達関数、Ｋ６がシリンダ変位ｙに対す
る差動変圧器の発生電圧の伝達関数である。

即ち、Ｋ３はシリンダ変位ｙとシリンダ圧力Ｐノ比例定
数であるが、このシリンダ変位ｙとシリンダ圧力Ｐとの
関係はシリンダによりバネを押す場合を考えると、 ｓｐ−取 上式においてＳはシリンダの断面積、ｋは定数である。

一般にも圧力Ｐとシリンダ変位ｙとは比例的になる場合
が多い。

また、Ｋ６は変位検出器における電圧／変位であり、比
例要素となっている。

ここで、指令信号ｅｄ がな（、ごく低周波の場合を考
えると 今、Ｋ５＝に６とおげば、 となり、可撓膜３９の定数をＫｍとおけばに４＝となる
。

故に（２）式はとなり、シリンダの変化と負荷の圧力に
よる偏差の相が零、すなわち静的負荷偏差が常に補償さ
れた系とすることができる。

次に指令信号ｅｄ に対するスプールの応答Ｘを考え、
Ｋ１ を一次遅れ要素と考える。

すなわち、 とお（と よって上式においてに５を太き（すれば時定数が小さく
なり、スプール弁自体の応答性が向上する。

また、シリンダのｆｅｅｄ ｂａｃｋがない場合は、指
令信号ｅｄ とスプール変位Ｘとの関係は（ｅｄ−に
５ （ｘ ＋ Ｋ４ Ｐ ） ） Ｋ１＝ ｘが成立し
、結局Ｘ−となり指令信号ｅｄ と負荷 Ｐがスプールの変位に及ぼす影響がはっきり示されてい
ることになる。

ここで又はスプール２１とスリーブ２２間の相対変位で
あり、変位検出器の出力は第３図にてｘ＋ｘ’となりま
す。

上記説明において、指令信号ｅｄの形態としてはステッ
プ信号、サインウェーブ信号、インパルス信号等が考え
られる。

ところで前述した実施例において、可撓膜３９及び弾性
体３５については特に全範囲において弾性体として線形
性を備える必要は無い。

つまりその特性が強い非線型でなければ局所的に操作範
囲内で線型と見なし得るので、その様に見なして対処し
て差しつかえ無い。

上記の説明から明らかな如く、本構成によればスプール
２１と圧力に比例した変位の和を検出することにより、
圧力による負荷の偏差を補償できると同時に、スプール
２１単体の変化を電気的に帰還することができるので、
その応答のバンド幅を広げることが可能となる。

従って圧延機油圧圧下装置を始めとする油圧装置の流量
制御弁として使用した場合、圧力を検出するロードセル
や圧力検出器を新たに設ける必要がなく、経済性は著し
く向上する。

また、スプール２１自体の位置を帰還するのでスプール
２１が油中の異物によってロックされたような場合の補
償を有効に行つコトカできる。

第４図は本発明になる電磁サーボ弁の他の実施例を示す
ものである。

図において、第２図と同符号のものは同一部品を示す。

本実施例は特に第２図における本発明実施例と従来例の
折衷案とも云えるもので、油路３７の油室３８側開口に
ノズル４２を設け、ノズル４２の広義の意味における背
圧変化を利用して可撓膜３９を変形せしめるようにした
ものである。

上記の構成により、負荷の圧力の検出精度は向上する反
面、油の汚染に対してやや影響を受げ易い。

尚、油室３８に入った圧油は油路４３よりドレンポート
２４へ排油する。

以上詳述した如く、本発明によれば従来の弁に比して油
の汚染に強（、かつ又、圧力による負荷の偏差を補償す
るという油圧装置の制御に適したサーボ弁を得るもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のノズルフラッパ型の電磁サーボ弁（スリ
ュ弁）を示す図、第２図は本発明の一実施例である圧力
補償型電磁サーボ弁を示す図、第３図は第２図に示した
装置のブロック線図、第４図は本発明の他の実施例であ
る電磁サーボ弁を示す図である。 ２１・・・・・・スプール、２２・・・・・・スリーブ
、２３・・・・・・圧油ポート、２４・・・・・・ドレ
ンポート、２５・・・・・・負荷ポート、２９・・・・
・・フォースモータ、３７・・・・・・油路、３８・・
・・・・油室、３９・・・−・・可撓膜（弾性体）、４
０・・・・・・コイル（差動変圧器）、４１・・・・・
・鉄心（差動変圧器）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ スリーブ内に挿入されたスプールをフォースモーク
   によって直接移動して流量を制御するものにおいて、前
   記スプールの変位検出器を構成する可動部である鉄心を
   該スプールに設け、該変位検出器を構成する検出部であ
   るコイルを負荷ポートの液圧によって変位する可撓膜に
   取付け、前記変位検出器から得られた検出値に基づいて
   前記スプールの位置を調節するようにしたことを特徴と
   する電磁サーボ弁。