JPS598681B2 - サ−ボキコウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はいわゆるサーボ弁を使用することなく構造の簡
単な流量調整弁を用いたフィードバックサーボ機構に関
するものである。

従来のサーボ機構（たとえば「油空圧便覧」昭相５０年
４月２０日発行、発行所オーム社、第５３３頁に記載の
もの）は、第６図に示すようにアクチュエータ６１をサ
ーボ弁６２により駆動し、アクチュエータ６１の出力変
位を検出器６３によって帰還させる。

これにより指令信号６４との偏差を増幅器６５によって
増幅し、その出力電流により前記サーボ弁６２を制御す
るものである。

このようなサーボ機構におけるサーボ弁は、第７図に示
すように電気信号を機械信号に変換するトルクモータ６
６、油圧増幅の役割りをする対向形のノズルフラッパ系
６７，６８、制御オリ７イス６９を構成する四方案内弁
１０、ノズル６７への流量を規制する固定オリフイス７
１、およびスプール７２の位置決め用のフィードバック
バネ７３などから成り立っているので、製造が複雑であ
ると共に、高度の加工精度が要求されるだけでなく、保
守点検などのメンテナンスが簡単にできない。

また前記ノズル６７や固定オリフイス７１などに目詰り
が生ずれば性能が極端に低下する。

このため塵芥の影響を防止するために、ノズル６７、固
定オリフイス７１の前後にフィルタ７４を設置している
が、このフィルタ７４も塵芥により目詰りを生ずるので
、塵芥による問題を解消できないのである。

また、アクチュエータ６１の駆動方向をサーボ弁６２に
より切換えたとき、アクチュエータ６１に対する圧力変
化が急激であるため、ショックが発生するなど円滑な作
動が困難である。

さらに、原位置にあるアクチュエータ６１の起動初期、
サーボは、出力信号に対応して制御オリフイス６９を瞬
時に開放するので、このオリフイス６９の開度に比例し
た流体がアクチュエータ６１に供給され、アクチュエー
タ６１は急激に発進し、ショックを発生する。

これらの問題はサーボ弁自体では解決できず、サーボ弁
を駆動する電気制御回路でしか解決できないのである。

本発明は上記の点に鑑み発明したものであって、第１゛
の発明は、従来のサーボ弁を用いることなく、電気的比
例流量調整弁を用いることによって構造簡単にして塵芥
の影響が少なく、しかも保守点検などのメンテナンスが
容易なサーボ機構を提供することを目的とする。

また第２の発明は、第１の発明の目的に加えて、油圧的
な手段によって、ショックなくアクチュエータの切換え
が円滑に行なえるサーボ機構を提供することを目的とす
る。

さらに第３の発明は、第１の発明の目的に加えて、原位
置から駆動するアクチュエータの起動初期のショックを
油圧的な手段によって緩和したサーボ機構を提供するこ
とを目的とする。

第１の発明の構成は、ポンプの吐出側から分岐した第１
の主流ラインをアクチュエータの一側に、第２の主流ラ
インをクローズセンター形３ポート式電気的比例流量調
整弁のポンプポートにそれぞれ連結し、該流量調整弁の
制御ポートを前記アクチュエータの他側に連結して、前
記流量調整弁のスプールにより、前記制御ポートを、前
記ポンプポートとに切換連通する一方、目標値を設定す
る入力回路と、前記アクチュエータの出力部に設けた変
位量検出器のフィードバック回路とを加減算増巾器に接
続し、該増巾器の出力回路を前記流量調整弁のソレノイ
ドに接続し、該出力回路の偏差信号に比例した弁開度と
成す第１流量調整部を前記制御ポートとポンプポート間
に、また第２流量調整部を前記制御ポートとタンクポー
ト間にそれぞれ形成する一方、前記第２の主流ラインに
減圧形圧力補償弁を介設し、該圧力補償弁の主弁の両端
を、前記第１流量調整部の前後から分岐した差圧通路に
連結したサーボ機構であって、前記出力回路の偏差信号
がソレノイドに印加され、このソレノイドにより流量調
整弁のスプールが偏差信号に比例して移動し、第１及び
第２流量調整部の開度を調整しながら、アクチュエータ
を駆動し、入力信号とフィードバック信号とが一致した
とき、流量調整弁によりアクチュエータを停止させるの
である。

また第２の発明の構成は、第１の発明において、前記ア
クチュエータの他側と流量調整弁の制御ポートとの間か
ら、流量調整要素を介設したリークラインを分岐したサ
ーボ機構であって、流量調整弁の切換えに伴なう急激な
圧力変化をリークラインによって緩和するのである。

また゛第３の発明の構成は、第１の発明において、前記
減圧形圧力補償弁の背圧室に一端を接続したベント路を
、電気的比例流量調整弁に形成したベント切換部を介し
てタンクに接続し、該ベント切換部は、第１流量調整部
の開閉作用と対称的にベント路を開閉する如き機能をも
たせたサーボ機能であって、減圧形圧力補償弁をノーマ
クローズの状態から圧力補償状態に成すことによって、
アクチュエータの起動初期のショックを緩和したもので
ある。

以下、本発明の実施例を第１図および第２図と、これを
シンボル化した第３図に基づいて詳述する。

実施例において定容積形ポンプ１の吐出側から分岐した
２本の主流ライン２，３のうち、第１の主流ライン２を
アクチュエータ４のピストンロンド側の室４ａに、第２
の主流ライン３を圧力補償弁５とクローズセンター形３
ポート式電気的比例流量調整弁６とを介して前記アクチ
ュエータ４０反ロンド側の室４ｂにそれぞれ接続してい
る。

前記の圧力補償弁５は背圧室１１に設けたスプリング１
２で主弁１３を押して、ノーマルな状態で圧力制御部１
４を開放し、二次圧力を差圧通路１５を介して主弁１３
の一端（図面では左端）に作用させて、前記圧力制御部
１４の開度を調整するもので、いわゆるノーマルオープ
ン形の減圧機能を具備している。

一方前記の電気的比例流量調整弁６は、ポングポートＰ
、タンクポー｝Ｔ、制御ポートＡの３ポートを備えＰ，
Ｔ，Ａ各ポート間において少な《とも関係２ポートはク
ローズド特性で、ハウジング１６内に設けたスプール１
７の一端（図面では右端）にソレノイド１８を、他端に
スプリング１９をそれぞれ設けている。

前記のソレノイド１８はスプール１７の変位量を印加電
流値と比例させ、第２図の如《ポンプポ−トＰと制御ポ
ー｝Ａとの間に第１流量調整部２１を、また第１図の如
く制御ポー｝ＡとタンクポートＴとの間に第２流量調整
部２２をそれぞれ形成する。

さらに前記流量調整弁６は第１流量調整部２１の後位に
一端を開口した差圧通路２０を介して圧力補償弁５の背
圧室１１と連通し、該背圧室１１はまたベント路２３を
介してタンクポートＴに連通しており、該ベント路２３
はスプール１７に形成したベント切換部２４によって開
閉できる如くしている。

さらにまた前記流量調整弁６０制御ポートＡとアクチュ
エータ４との間からタンク７にかげてリークライン８を
分岐し、このリークライン８中に流量調整要素９を介設
している。

なお第１の主流ライン２に設けたリリーフ弁２５ａは最
大圧制御用であり、背圧室１１に設けたリリーフ弁２６
ａは圧力補償弁５をバランスドピストン形の減圧弁とす
るためのパイロット用である。

一方、前記アクチュエータ４の出力部にはポテンショメ
ー夕など、出力部の変位量と比例した電気信号を発信す
る変位量検出器２５を設けており、該検出器２５と電気
的加減算増巾器２６とを電気フィードバック回路２７を
介して接続すると共に、該加減算増巾器２６の入力側に
は目標値を設定する入力回路２９を接続している。

また、該加減算増巾器２６の出力側と前記流量調整弁６
におけるソレノイド１８とを出力回路２８を介して連結
したものである。

図示実施例は上記の如く構成するものにして、以下作用
を説明する。

図においては、アクチュエータ４としてシリンダを実施
例としているから、変位量検出器２５はピストンロンド
の直線方向の変位量を検出するが、アクチュエータ４が
流体モータの場合は変位量検出器２５は出力軸の回転方
向の変位角量を検出するなど、該検出器２５はアクチュ
エータ４の出力部の変位を該変位量と比例的な電気信号
に変えフィードバック回路２７を介して常に加減算増巾
器２６に送信する。

そこでアクチュエータ４の出力部を矢臣→の方向にある
一定量だけ変位させようとする場合、目標値を設定する
入力回路２９から加減算増巾器２６に対してある基準値
から一定の（−）信号を与えると、この入力信号と、変
位量検出器２５からフィードバックされる信号とが加減
算増巾器２６で加減算され、両信号の差力｛→信号とし
て出力回路２８を介してンレノイド１８に送信される。

電気的比例流量調整弁６は先にも述べたようにソレノイ
ド１８に印加される電流値と比例するようにスプール１
７の位置を調整するので、前記の如き信号が与えられる
と第１図の如《第２流量調整部２２が開放され、且つ該
流量調整部２２の開度は出力回路２８を通る前記の（＠
信号値と比例した大きさにセットされる。

一方、定容積形のポンプ１は常に一定流量を吐出するも
ので、該ポンプ１を駆動すると、吐出流体は２本の主流
ライン２，３に分けられる。

しかし、第２の主流ライン３はスプール１７で封鎖され
ているので、ポンプ１から吐出される流体は全量が矢印
Ｃの如くアクチュエータ４のピストンロツド側の室４ａ
に供給され、反ロツド側の流体を矢印Ｄ，Ｅの如くタン
ク７に排出する。

このためアクチュエータ４は矢印（→方向に作動し始め
る。

なお、この場合アクチュエータ４における反ロンド側の
室４ｂから押出される流体の一部がリークライン８を介
してタンクＩに排出されるようになっている。

このリークライン８での流量は流量調整要素９によって
決定され、例えば１ｆ／ｍｍ程度の極く少量に設定され
るが、斯るリーク量を常に一定に保持するためには該流
量調整要素９は圧力補償器付とするのが望ましい。

また、前記第２の主流ライン３はスプール１７で封鎖さ
れ、背圧室１１がベント路２３を介してタンクポートＴ
に連通しているから、差圧通路１５を介して主弁１３の
一端に作用する圧力によつて主弁１３は右方向に変位さ
せられるから、圧力制御部１４はほとんどクローズされ
る。

前記の如くアクチュエータ４が（→方向に刻々と変位す
る量は変位量検出器２５によって次々と加減算増巾器２
６に信号として与えられ、入力信号との偏差巾に比例し
た信号がソレノイド１８に送信される。

このため第２流量調整部２２の開度は次第に狭められて
行き、この結果、第２流量調整部２２は最終的には封鎖
される。

斯る時点ではまだンレノイド１８に（→信号が与えられ
るような設定になっているから、スプール１７は継続し
て左方向に変位する。

ここで、前記の如＜Ｐ，Ｔ，Ａ各ポートは少くともその
関係２ポート間においてクローズド特性を有し記号３０
巾に相当する不感帯を有すから、流量調整弁６に向う矢
印Ｄの流れは一時的に停止することがある。

しかし、アクチュエータ４における反ロンド側の室４ｂ
はリークライン８を介してタンク７に連通しているので
、アクチュエータ４は流量調整要素９における流量に対
応した速度で（→方向への変位運動を継続することがで
きる。

なお、差圧通路２０に関する開閉タイミングは設計上の
問題として処理すればよい。

以上の結果、第１流量調整部２１が第２図の如く開放さ
れ、第２の主流ライン３にも矢印Ｆ，Ｇの如き流れが生
じ始める。

この場合、圧力制御部１４は矢印Ｆ，Ｇで示す流れ始め
の直前において先にも述べたようにほとんどクローズさ
れているから、矢印Ｆ，Ｇの如《流れ始める流体はいわ
ゆるジャンピングしない。

しかも第１流量調整部２１が開いているとベント路２３
はベント切換部２４で閉鎖されるの、背圧室１１には差
圧通路２０を介してアクチュエータ４の負荷Ｗの大きさ
に対応した圧力が作用する。

この結果、主弁１３は左方向に変位し圧力制御部１４の
開度を大きくし始めるが、該圧力制御部１４の開度が太
き《なり過ぎると第１流量調整部２１での抵抗が大きく
作用するので、主弁１３は再びスプリング１２力に抗し
て押返され圧力制御部１４の開度を小さくする。

この結果、第１流量調整部２１の前後の差圧は一定に保
たれる。

一方、第１流量調整部２１の開度が太き《なり過ぎると
アクチュエータ４はむしろ反対方向に作動し始め、入力
信号とフィードバック信号との偏差が反対方向に出るの
で第１流量調整部２１の開度は小さく修正される。

この結果、最終的には矢印Ｇの如く供給される流量はリ
ークライン８からリークする量とバランスし、この時点
でアクチュエータ４の位置は決定されるものである。

次に、アクチュエータ４を矢印（−＋）の方向にある一
定量だけ変位させようとする場合、加減算増巾器２６に
ある一定値の（山信号を与え、斯る入力信号値と比例的
に第１流量調整部２１の開度を設定すると、アクチュエ
ータ４０両室４ ａ ，４ ｂ間にはピストンロンドの
断面積分に相当する受圧面積差があるから、該アクチュ
エータ４頃（１）方向に作動し始め、電気的偏差信号巾
の変化と比例的に第１流量調整部２１の開度を調整して
行《。

この場合、圧力補償弁５は第１流量調整部２１前後の差
圧を常に一定に保つので、アクチュエータ４の作動速度
は反ロンド側の室４ｂ内の圧力には無関係に電流信号に
よって次第に低下して行く。

すなわち該アクチュエータ４に作用する負荷Ｗの荷重が
変化するものであっても矢印Ｇの流量は第１流量調整部
２１の開度の変化と比例的に制御される。

そして、矢印Ｇの流量がリークライン８におけるリーク
量とバランスし且つアクチュエータ４０両室４ａ，４ｂ
間の力がバランスした位置でアクチュエータ４は停止す
る。

なお、第１図乃至第３図はアクチュエータ４どして片ロ
ンド形シリンダを用いているが、これは両ロンド形のも
のでも第４図の如き回路によってサーボ機構を組むこと
が可能である。

すなわち、第４図が第１乃至第３図と異なる点は、アク
チュエータ４の形態が異なることと、第１の主流ライン
２に圧力制御要素３１を設けると共に、同主流ライン２
からタンク７にかげてライン３２を分岐し、該ライン３
２中に流量調整要素３３を介設した点とが異なることで
ある。

斯る回路において前記の圧力制御要素３１には減圧弁、
流量調整弁、絞り弁、また流量調整要素３３にはリリー
フ弁、流量調整弁、絞り弁等を適宜使用することが可能
である。

第５図は電気的比例流量調整弁６の左右シンボルを入れ
替えた他の実施例である。

本発明は以上詳述したように、その第１の発明にしたが
えば、ポンプ１の吐出側から分岐した第１の主流ライン
２をアクチュエータ４の一側に、第２の主流ライン３を
クローズセンター形３ポート式電気的比例流量調整弁６
のポンプポートＰにそれぞれ連結し、該流量調整弁６０
制御ポートＡを前記アクチュエータ４の他側に連結して
、該流量調整弁６のスプール１７により、前記制御ポー
トＡを前記ポンプポートＰとタンクポートＴとに切換連
通する一方、目標値を設定する入力回路２９と、前記ア
クチュエータ４の出力部に設けた変位量検出器２５のフ
ィードバック回路２７とを加減算増巾器２６に接続し、
該増巾器２６の出力回路２８を前記流量調整弁６のソレ
ノイド１８に接続し、該出力回路２８の偏差信号に比例
した弁開度となす第１流量調整部２１を前記制御ポート
ＡとポンプポートＰ間に、第２流量調整部２２を前記制
御ポーｍＡとタンクポー｝Ｔ間にそれぞれ形成する一方
、前記第２の主流ライン３に減圧形圧力補償弁５を介設
し、該圧力補償弁５の主弁１３の両端を、前記第１流量
調整部２１０前後から分岐した差圧通路１５，２０に連
結したものである。

したがって、アクチュエータ４を（→方向に作動させる
時は、流量調整弁６の作動により両室４ａ，４ｂの圧力
差で、また（イ）方向には両室４ａ，４ｂの面積差によ
って作動させることができる。

しかも前記の流量調整弁６は電気的な比例機能を備え、
入力信号とフィードバック信号との偏差と比例的に流量
調整部２Ｌ２２を調整するので、アクチュエータは入力
信号によって与えられた変位信号に対応して正確に停止
するようなサーボ機能を発揮せしめる。

いわゆる前記の電気的比例流量調整弁６は電気比例機能
を除く流体系の構造が、その主要部において従来のサー
ボ弁の如く数ミクロンというような高精度には形成され
ていないから、流体中の塵芥の影響が少なく、塵芥によ
る性能低下をきたさない。

また、従来のサーボ弁に比べて構造が簡単なので、保守
、点検などのメンテナンスが容易である。

さらに圧力補償弁５によって第１流量調整部２１の前後
の差圧を一定に制御する。

このため、特に第１流量調整部２１によって流量調整し
ている時、アクチュエータ４の負荷Ｗの変動があっても
、アクチュエータ４への供給量は第１流量調整部２１の
開度調整と比例する。

したがって、外乱に強い制御を行う効果がある。

さらに本発明の第２の発明は、前記特許請求の範囲第１
項記載の発明において、前記アクチュエーク４の他側と
前記流量調整弁６０制御ポー｝Ａとの間から、流量調整
要素９を介設したリークライン８を分岐したものである
から、前記流量調整弁６の第１流量調整部２１から第２
流量調整部２２に切換わる過渡期、或いは第２流量調整
部２２から第１流量調整部２１に切換わる時の過渡期に
おいても、室４ｂ内の流体をリークライン８を介してタ
ンクに開放することによりアクチュエータ４が圧力衝撃
を受けない。

このため、第１の発明の効果を奏しながら、流量調整弁
６の切換タイミングに関係する幾何学的寸法の加工精度
を従来のサーボ弁の如《高度化する必要がなく、しかも
、アクチュエータ４の運動の滑らかさが改善できる効果
がある。

さらに本発明の第３の発明は、前記特許請求の範囲第１
項記載の発明において圧力補償弁５の背圧室１１に一端
を接続したベント路２３を、電気的比例流量調整弁６に
形成したベント切換部２４を介してタンク７に接続した
ものであり、前記ベント切換部２４＆’！，第１流量調
整部２１の開閉作用と対称的にベント路２３を開閉する
如き機能をもたせたものである。

このため、第２流量調整部２２がタンク７に開放されて
いる時、圧力補償弁５の圧力制御部１４はクローズされ
る。

したがって、第２流量調整部２２の制御から第１流量制
御部２１の制御に切換えられた時、圧力補償弁５はクロ
ーズの状態から作用し始めるので、流体のジャンピング
現象を抑制できる。

このため第１の発明の効果を奏しながらアクチュエータ
４の過動作や衝撃を防止することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す回路図、第２図は第１図
の作用対比図、第３図は前記各図のシンボル図、第４図
および第５図は他の実施例の説明図、第６図は従来のサ
ーボ機構を示すブロック線図、第７図は従来の電気一油
圧サーボ弁の断面図である。 １・・・・・・ポンプ、２・・・・・・第１の主流ライ
ン、３・・・・・・第２の主流ライン、４・・・・・・
アクチュエータ、５・・・・・・減圧形圧力補償弁、６
・・・・・・電気的比例流量調整弁、７・・・・・・タ
ンク、８・・・・・・リークライン、９・・・・・・流
量調整要素、１１・・・・・・背圧室、１３・・・・・
・主弁、１５，２０・・・・・・差圧通路、２１・・・
・・・第１流量調整部、２２・・・・・・第２流量調整
部、２３・・・・・・ベント路、２４・・・・・・ベン
ト切換部、２５・・・・・・変位量検出部、２６・・・
・・・加減算増巾器、２７・・・・・・フィードバック
回路、２８・・・・・・出力回路、２９・・・・・・入
力回路、Ａ・・・・・・制御ポート、Ｐ・・・・・・ポ
ンプポート、Ｔ・・・・・・タンクポート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ポング１の吐出側から分岐した第１の主流ライン２
   をアクチュエータ４の一側に、第２の主流ライン３をク
   ローズセンター形３ポート式電気的比例流量調整弁６の
   ポンプポー｝Ｐにそれぞれ連結し、該流量調整弁６０制
   御ポー｝Ａを前記アクテユエータ４の他側如連結して、
   該流量調整弁６のスプール１１により、前記制御ポート
   Ａを、前記ポンプポートＰとタンクポートＴとに切換連
   通する一方、目標値を設定する入力回路２９と、前記ア
   クチュエータ４の出力部に設けた変位量検出器２５のフ
   ィードバック回路２７とを加減算増巾器２６を接続し、
   該増巾器２６の出力回路２８を前記流量調整弁６のソレ
   ノイド１８に接続し、該出力回路２８の偏差信号に比例
   した弁開度となす第１流量調整部２１を前記制御ポー｝
   ＡとポンプポートＰ間に、第２流量調整部２２を前記制
   御ポ−｝ＡとタンクポートＴ間にそれぞれ形成する一方
   、前記第２の主流ライン３に減圧形圧力補償弁５を介設
   し、該圧力補償弁５の主弁１３の両端を、前記第１流量
   調整部２１の前後から分岐した差圧通路１５，２０に連
   結したことを特徴とするサーボ機構。 ２ 前記特許請求の範囲第１項記載の発明において前記
   アクチュエータ４の他側と前記流量調整弁６０制御ポー
   トＡとの間から、流量調整要素９を介設したリークライ
   ン８を分岐したことを特徴とするサーボ機構。 ３ 前記特許請求の範囲第１項記載の発明において圧力
   補償弁５の背圧室１１に一端を接続したベント路２３を
   、電気的比例流量調整弁６に形成したベント切換部２４
   を介してタンク７に接続したものであり、前記ベント切
   換部２４は、第１流量調整部２１の開閉作用と対称的に
   ベント路２３を開閉する如き機能をもたせたことを特徴
   とするサーボ機構。