JPS6145081B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は油圧サーボ弁に関し、特に、スプール
と同軸に配置された圧縮弾性手段により、該スプ
ールに軸両方向の位置決め力を与え、該位置決め
力に抗するフオースモータからの駆動力により前
記スプールを変位させて流体の流量または圧力を
制御する形式の油圧サーボ弁の改良に関する。

〔従来の技術〕

この種の油圧サーボ弁にあつては、ムービング
コイルを駆動源としたフオースモータを使用し、
スプールの両端もしくはスプールに駆動力を伝達
するコイルボビンの両側に、軸両方向の弾性力を
発生する圧縮弾性手段、例えば２個のゴム状弾性
体を配置し、これら弾性体を圧縮状態に保つこと
により、スプール位置決めが行なわれている。

しかし、従来のものはスプールとばね受け部
材、あるいはスプールとコイルボビンとを直接結
合する構造であつたため、弾性体ばねの片寄りお
よび各部品の加工精度の限界から、スプールの位
置決め力がスプールの周方向に分布を生じ、スプ
ールをスリーブに対し傾けるように作用する。こ
のため、フオースモータで発生するスプール駆動
力のすべてを、スプールと同軸関係に均等に伝達
することができなかつた。このため、同軸上に配
置されたスプールおよびコイルボビンに偏心荷重
が作用し、スプールとこれに精密嵌合する弁ボデ
イのスリーブとのクリアランスがスプール各部で
著しく不均一となり、これに伴つて、サーボ弁の
感度が低下する。

例えば、直径７mmのスプールの位置決め用圧縮
弾性手段としてゴムを使用し、また供給圧力とデ
イザー信号とを零として、フオースモータに駆動
電流を供給したときの、スプールのヒステリシス
特性の一例を示すと、第３Ａの如くなる。この第
３図Ａの横方向は、フオースモータの入力電流量
を示し、縦方向はスプールの移動量を示してい
る。第３図Ａから明らかな如く、スプールの駆動
開始時に、スプールとスリーブとの部分接触に伴
う摩擦抵抗により、不感帯ａ，ｂが生じ、サーボ
弁の感度が低下する。

また、スプールとスリーブとが直接接触するこ
とにより、これらの表面が損傷し、サーボ弁の寿
命も低下するという欠点があつた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このようなスプールの偏心を防止する手段とし
て、スプール両端にボールを介在させる方法が提
案されているが、この方法ではボールと接触する
部材、すなわちコイルボビンを硬質材料にする必
要があり、このため可動部材であるコイルボビン
の質量が増加し、その分だけサーボ弁の応答性が
低下するという欠点があつた。

さらに、フオームモータの入力に鋸歯波形のデ
イザー信号を付加し、コイルボビンに微小振動を
発生させて、スプール変位のヒステリシスを除去
する方法も採用可能である。例えば、第３図Ａに
おいて説明したサーボ弁に、±0.4Aのデイザー信
号を付加すると、第３図Ｂに示す如くなり、±
0.6Aのデイザー信号を付加すると、第３図Ｃに
示す如くなつて、不感帯ａ，ｂを小さくでき、サ
ーボ弁の感度を向上できる。しかし、このデイザ
ー信号を付加する方法は、装置が複雑になるにも
かかわらず、スプールの偏心をなくすという、本
質的な問題を解決し得ない欠点がある。

本発明は、前記従来技術の欠点を解決するため
になされたもので、スプールに作用する位置決め
力をスプールの周方向に均一に作用させ、スプー
ルを弁ボデイのスリーブ中に同軸的に配置するこ
とができる油圧サーボ弁を提供することを目的と
する。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、負荷に供給する作動流体が流通する
ポートを形成した弁ボデイと、この弁ボデイ内を
往復運動し、前記ポートを開閉するスプールと、
入力した電気信号に応じてスプールを駆動するフ
オースモータと、このフオースモータのコイルボ
ビン内側に前記スプールと同軸に配置され、スプ
ールを一方向に付勢している第１の圧縮弾性手段
と、前記フオースモータのコイルボビン前面に前
記スプールと同軸に配置され、スプールを回転自
在に支持する、ころがり軸受からなる第１のスラ
ストベアリングと、前記弁ボデイに前記スプール
と同軸に配置され、スプールを第１の圧縮弾性手
段と反対方向に付勢している第２の圧縮弾性手段
と、この第２の圧縮弾性手段と前記スプールとの
間に、スプールと同軸に配置されてスプールを回
転自在に支持する、ころがり軸受からなる第２の
スラストベアリングとを有することを特徴とする
油圧サーボ弁である。

〔作用〕

上記の如く構成した本発明は、スプールが小さ
な回転力で回転可能に支持されているため、スプ
ールを弁ボデイに組み込んだ際に、スプールの一
端に作業者の手等により回転力を与えて、スプー
ルを弁ボデイ内で回転させると、スプールは作用
している位置決め力の周方向分布が最小となる位
置で停止し、位置決め力を周方向に均一に作用さ
せることができるとともに、スプールを弁ボデイ
と同軸的に配置でき、フオースモータのスプール
駆動力をスプールに均等に伝達することができき
る。

〔実施例〕

本発明に係る油圧サーボ弁の好ましい実施例
を、添付図面に従つて詳説する。

第１図は、本発明の一実施例に係る四方向油圧
サーボ弁の断面図である。

第１図において、サーボ弁は、弁部１２とフオ
ースモータ１４とで構成されている。弁部１２
は、弁ボデイを構成する弁ボデイ本体１６とスリ
ーブ１８、およびスリーブ１８を貫通しているス
プール２０とを主要構成要素とし、フオースモー
タ１４は、マグネツト２２、コイルボビン２４、
ポール２６、ヨーク２８およびコイル３０を主要
構成要素として構成されている。このサーボ弁
は、フオースモータ１４が発生する駆動力すなわ
ちコイルボビン２４の軸方向駆動力を前記スプー
ル２０に伝達し、該スプールの軸方向変位によつ
てスリーブ１８内に形成された各ポートの開閉を
制御し、もつて図示しない負荷に供給する作動流
体の流量または圧力を制御するものである。

前記スプール２０および前記コイルボビン２４
は、フオースモータ１４内のサポート３２によつ
て支持されたゴム状弾性体の第１の圧縮弾性手段
３４によつて、図面中左方へ押圧されるととも
に、弁ボデイ本体１６の左側端面に固定された弁
ボデイの一部をなすカバー３６に支持された、ゴ
ム状弾性体の第２の圧縮弾性手段３８によつて図
面中右へ押圧され、これら二個の圧縮弾性手段の
相対向する軸方向ばね力の釣合いによつて位置決
めされている。

前記コイルポビン２４とスプール２０との間に
は、これらと同軸関係に第１のスラストベアリン
グ４０が配置されている。この第１のスラストベ
アリング４０は、ころがり軸受であつて、アルミ
ニウム等の軽合金で作られたコイルボビン２４の
前面に形成された凹所に緊締嵌合されたレース部
材（固定輪）４０Ａと、スプール２０の端部に嵌
合されたレース部材（回転輪）４０Ｂと、これら
両側レース部材間に介在する複数個のボール４０
Ｃとで構成されている。

コイルボビン２４のフオースモータ側（図面中
右側）は、ばね受け４２を介してコイルボビン２
４の内側に配置した前記第１の圧縮弾性手段３４
による左向き軸力（左向き位置決め力）を受け、
該軸力は、前記スラストベアリング４０を介して
スプール２０へ伝達される。

一方、スプール２０の他端（図面中左側端）部
には、これと同軸関係にころがり軸受からなるも
う一つのスラストベアリング、すならち第２のス
ラストベアリング４４が取り付けられている。こ
の第２のスラストベアリング４４は、ばね受け４
６を介して前記第２の圧縮弾性手段３８からの右
向き軸力（右向き位置決め力）を受け、これをス
プール２０へ伝達している。第２のスラストベア
リング４４も前述の第１のスラストベアリング４
０と実質上同じ構造のものであり、ばね受け４６
の端面中央に形成された凹所に緊締嵌合されたレ
ース（固定輪）４４Ａと、スプール側に嵌合され
たレース（回転輪）４４Ｂと、これら両側レース
間に介在する複数個のボール４４Ｃとで構成され
ている。

こうして、スプール２０は、スラストベアリン
グ４０，４４を介してコイルボビン２４とばね受
４６とに回転自在に支持されるとともに、同芯関
係に配置された両側の圧縮弾性手段３４，３８の
圧縮変位により発生する釣合い力（位置決め力）
によつて所定位置に保持されている。

前記カバー３６には、スプール２０と同芯関係
に配列された差動トランス型の変位計４８が取付
けられ、スプールの変位を電気的に検出しうるよ
うになつている。

また、前記サポート３２は、フオースモータ１
４に対しナツト５０により軸方向位置調節可能に
固定されている。したがつて、該サポートの位置
を調整することにより圧縮弾性手段３４，３６の
圧縮量を調節し、もつて、スプール２０の軸方向
中立点を機械的に調節することができる。

なお、前記弁部１２には、前記スプールによつ
てその開閉を制御される各種のポートが設けられ
ており、図示の例では、図示しないポンプから高
圧の作動流体が供給される高圧ポート５２、負荷
へ供給する作動流体の流量または圧力を制御する
制御ポート５４，５６、タンクへ通じる低圧ポー
ト５８、並びにドレーンポート６０，６２が設け
られている。

上記の如く構成した実施例においては、スプー
ル２０をスリーブ１８に組み込んだ際に、スプー
ル２０に作用する位置決め力の周方向分布を最小
し、スリーブ１８とスプール２０との調心操作を
行うことができる。すなわち、スプール２０は、
第１のスラストベアリング４０と第２のスラスト
ベアリング４４とにより、コイルボビン２４とば
ね受４６との回転自在に支持されており、小さな
回転トルクを受けただけでスリーブ１８内で回転
する。そして、第１、第２の圧縮弾性手段３４，
３８からスプール２０に作用する位置決め力は、
スラストベアリング４０，４４を介してスプール
２０に伝達される。従つて、圧縮弾性手段３４，
３８からの位置決め力が、スプール２０の周方向
に一様に作用せず、荷重に分布を生じてスプール
２０を傾けるように作用する場合であつても、ス
プール２０をスリーブ１８に組み込んだ際に、ス
プール２０の変位計４８側端部を、作業者の手等
により回転させると、スプール２０は位置決め力
の荷重分布が最小の位置で停止する。このため、
位置決め力は、スプール２０の周方向に均一に作
用し、またスプール２０とスリーブ１８との良好
な同軸性を得ることができ、弁部１２とフオース
モータ１４とを組み立てる際の組み立て誤差に基
づく、スプール２０の偏心を解消することができ
る。

この結果、スリーブ１８とスプール２０との部
分的な接触をなくせ、フオースモータからの駆動
力をコイルボビン２４を介してスプール２０に伝
え、該スプールを変位される際に、その駆動力は
第１のスラストベアリング４０を介して伝達さ
れ、かつ第２のスラストベアリング４４を介して
支持されるので、スプール２０には軸方向力のみ
が伝達される。すなわち、コイルボビン２４に巻
いてあるコイル３０に電流が供給されると。電流
の方向によりコイルボビン２４は、第１の圧縮弾
性手段３４または第２の圧縮弾性手段３８を押圧
して軸方向に変位し、スプール２０を駆動して各
ポートの開閉を行う。この時、スプール２０がス
リーブ１８に対して押圧されることがなく、全ス
トローク範囲で円滑に作動することができる。

こうして、駆動力がスプールに同軸的に作用
し、常にスプール２０とスリーブ１８とを適正な
位置関係に保ち、円滑かつ精密に作動する油圧サ
ーボ弁を得ることができる。すなわち、本実施例
のスプール２０のヒステリヒス特性を示すと、第
４図に示す如くなる。第４図Ａ〜Ｃは、第３図Ａ
〜Ｃのそれぞれに対応したものであり、フオース
モータにデイザー信号を負荷しなくとも、不感帯
部分をなくすことができ、サーボ弁の感度を向上
することができる。

また、スリーブ１８とスプール２０とが接触し
なくなるため、両者間の摩擦による損傷をなくす
ことができ、サーボ弁の寿命を延ばすことが可能
となる。さらに、コイルボビン２４からスプール
２０への力の伝達は、スラストベアリング４０を
介して行われるので、該コイルボビンの材質を高
硬度のものにする必要がなく、アルミニウム等の
軽合金を使用することができる。したがつて、可
動部材であるコイルボビンの質量が増加すること
もない。

第２図は、本発明の他の実施例を示す図であ
り、第１図の実施例の場合と同一または相当する
部分は、同一参照番号で表示されている。

第２図の実施例においては、スプール２０のコ
イルボビン２４側の端部に、フランジ部６４が一
体的に形成され、第１図の実施例では、スプール
２０の左側端部に配置されていた第２の圧縮弾性
手段３８および第２のスラストベアリング４４
が、図示の如く、前記フランジ部６４とスリーブ
１８右側端面との間にスプール２０と同軸関係に
配置されている。その他の構造は、第１図の場合
と実質上同じである。

このため、第２図の実施例でも、サポート３２
に支持された第１の圧縮弾性手段３４の弾性力
（位置決め力）がばね受け４２、コイルボビン２
４および第１のスラストベアリング４０を介して
フランジ部６４の右側端面に伝達され、これによ
つて、スプール２０は軸方向左方へ押圧されてい
る。これと同時に、スリーブ１８右側端面に支持
された圧縮弾性手段３８の弾性力（位置決め力）
が、第２のスラストベアリング４４を介してフラ
ンジ部６４の左側端面に伝達され、これによつ
て、スプール２０は軸方向右方へ押圧されてい
る。これら相対向する二つの弾性力の釣合いによ
つて、スプール２０は所定位置に保持されてい
る。

したがつて、第２図の実施例によつても、第１
図の実施例について説明したものと同じ作用効果
を達成することができる。

なお、以上の各実施例では、圧縮弾性手段３
４，３８としてゴム状弾性体を使用したが、これ
の代りに圧縮スプリング（圧縮コイルスプリング
等）を使用することもできる。また、スラストベ
アリング４０，４４としては、前述のスラストボ
ールベアリング型のローラベアリングまたはニー
ドルベアリング等を使用することもできる。

〔発明の効果〕

以上に説明した如く、本発明によれば、ころが
り軸受からなるスラストベアリングを介して、ス
プールを弁ボデイ内に回転自在に支持したことに
より、圧縮弾性手段からスプールに作用する位置
決め力を、スプール周方向に均等に作用させるこ
とができ、スプールと弁ボデイのスリーブとを同
軸的に配置することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の油圧サーボ弁の一実施例を示
す縦断面図、第２図は本発明の油圧サーボ弁の他
の実施例を示す縦断面図、第３図は従来の油圧サ
ーボ弁におけるスプールのヒステリシスを示す特
性図、第４図は本発明の実施例に係る油圧サーボ
弁のスプールのヒステリシスを示す特性図であ
る。 １２……弁部、１４……フオースモータ、１６
……弁ボデイ本体、１８……スリーブ、２０……
スプール、２４……コイルボビン、３２……サポ
ート、３４……第１の圧縮弾性手段、３８……第
２の圧縮弾性手段、４０……第１のスラストベア
リング、４４……第２のスラストベアリング。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 負荷に供給する作動流体が流通するポートを
   形成した弁ボデイと、この弁ボデイ内を移動し、
   前記ポートを開閉するスプールと、入力した電気
   信号に応じてスプールを駆動するフオースモータ
   と、このフオースモータのコイルボビン内側に前
   記スプールと同軸に配置され、スプールを一方向
   に付勢している第１の圧縮弾性手段と、前記フオ
   ースモータのコイルボビン前面に前記スプールと
   同軸に配置され、スプールを回転自在に支持す
   る、ころがり軸受からなる第１のスラストベアリ
   ングと、前記弁ボデイに前記スプールと同軸に配
   置され、スプールを第１の圧縮弾性手段と反対方
   向に付勢している第２の圧縮弾性手段と、この第
   ２の圧縮弾性手段と前記スプールとの間に、スプ
   ールと同軸に配置されてスプールを回転自在に支
   持する、ころがり軸受からなる第２のスラストベ
   アリングとを有することを特徴とする油圧サーボ
   弁。