JPS6224003A - 流体制御弁 - 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】 発明の目的 （産業上の利用分野） この発明は流体制御弁に係り、詳しくはリニアパルスモ
ータを弁体の駆動部とする流体制御弁に関ヴるものであ
る。

（従来の技術） 一般に電気制御用ｆｉｔＥ　＜Ｋ油圧制御弁としては比
例電磁弁、サーボ弁等がある。サーボ弁Ｃま入力として
の電気信号を油圧に変換する弁であって、畠速な応答を
要求されるサーボ機構に適している二例えばフィードバ
ック方式のサーボ弁では第０図及び第７図に示すように
トルクモータ４１のマグネットコイル４２に入力として
電流が流れると、アーマチュア４３に磁気的特性を与え
、同アーマデユア４３は上下磁極との磁気的関係により
入力電流の大きさと、極性に対応して傾動する。このア
ーマチュア４３の傾動により、アーマチュア４３の先端
部に設けられたノズルフラッパ４４が変位する。Ｊ゛る
と、ノズルフラッパ４４の両側に配置した左右のノズル
４５．４６に対するリ−き間が変化して両ノズル４５．
４６の背圧が変化するため、この結果、スプール４７の
両端面に作用する油圧が不平衡となりこの油圧の差によ
りスプール４７を移動させる。

このとき、ノズルフラッパ４４の先端部に設けられたフ
ィードバックスプリング４８は前記スプール４７の中央
部に係着されているため、前記アーマチュア４３の磁気
的トルクと正反対のトルクを発生させ、ノズルフラッパ
４４を中立位置まで引き戻り。同ノズルフラッパ４４が
中立位置に戻ると、左右のノズル４５．４６の背圧は等
しくなりスプール４７はその位置で停止するようになっ
ている。このようにサーボ弁のスプール４７ばトルクモ
ータ４１の入力電流の極性と大きさに比例した弁開度を
保つことができるようになっている。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、前記のように従来はノズルフラッパ４４の駆
動にトルクモータ４１を用いているため、入力電流によ
りコイル４２が発熱して消費電力が大きくなる問題があ
り、アナログ制御１１になるため温度等の影響を受りヤ
）すく、特に前記トルクモーター４１を制御する制御装
置はアナログ制御の場合には電気ノイズに弱く、温度ド
リフトを受（ノウずいという問題がある。

加えて前記アーマデユア４３及びノズルフラッパ４４等
の多くの精密部品を使用するため、ゴミに弱く高価とな
る問題もあった。さらにはノズルフラッパ４４には常時
作動油を流すためロス流量が多い問題があり、又、トル
クモーター４１のアーマチュア４３の傾動角度は摩擦等
によりヒステリシスを生じやすく、又、ｎ差が大きくな
る問題があった。

この発明は前記従来のアナログ制御弁にＪ３（〕る電気
ノイズを受けやすい等の問題点、及び複雑な制御を行い
たい場合に前記従来技術では対処できない点に鑑みてな
されたものである。

発明の構成 （問題点を解決するための手段） この発明の流体制御弁はデジタル制御信号を出力する制
御装置と、前記デジタル制御信号にて制御駆動されるリ
ニアパルスモータ−と、前記リニアパルスモータ−によ
り駆動される油圧倍力機構と、前記油圧倍力機構により
増幅された駆動力にて駆動され、ステップ的に変位する
ボペツ１〜型パイロツ１へ弁とから構成したちのである
。

（作用） 前記構成により、制御装置がデジタル制御信号を出力す
ると、同デジタル制御信号に基づいてリニアパルスモー
タ−が動作されで、油圧倍力機構を駆動する。すると、
油圧倍力機構により１２幅された駆動力によりポペット
型パイロット弁が駆動され、同ポペット型パイロット弁
がステップ的に変位する。

（実施例） 以下、この発明を具体化した好適な実施例を第１図〜第
５図に従って説明する。

弁本体１の弁孔１ａには四方パイロン１〜弁を構成する
スプール２が左右方向へ′ＰｊｉＩｉＪＪ可能に配設さ
れ、同スプール２が第４図に示Ｊように弁孔１ａの左方
側位間に位置するとさ゛には同スプール２を介して供給
ボート３からシリンダ（図示しない）に通ずるアクチュ
エータボート４へ作動油が流れるとともに、他のアクチ
ュエータボ−１〜５から戻りボート６ａへ作動油が流れ
るようになっている。

又、１笥記スプール２が第５図に示すように弁孔１ａの
右方側に位置するとさ・にはスプール２を介して供給ボ
ー１〜３からアクチュエータボート５へ作動油が流れる
とともに、アクチュエータボート４から戻りボート６ｂ
へ作動油が流れるようにな）でいる。

なお、前記供給ボート３は油路７及びＡイルポンプ８を
介してＡイルタンク９に接続され、前記戻りボート６ａ
、６ｂは油路１０を介してＡイルタンク９に接続されて
いる。

又、前記油路７は供給ボー１−３の手酌で一対のパイロ
ット油路１１ａ、１１ｂに分流されている。

両パイロット油路１１ａ、１１ｂはオリフィス１２ａ、
１２ｂを介して弁孔１ａの両端に接続されるとともに、
スプール２を駆動する後記パルスＩ：−ターパイロット
ブｆ！Ｒ，ｌ−の油路１３に１と続されている。

パルスモータ−パイロット弁「り、１−について説明す
る。

なお、両パルスモーターパイロツｉ〜弁［く、しは同一
構成のため説明の便宜上一方のパルスモータ−パイロッ
ト弁Ｒについて説明し、他方のパルスモータ−パイロッ
ト弁りについては同一符号をイ・」してその説明を省略
する。

ボディ１５の上部にはブラケット１６を介してリニアパ
ルスモータ−１７が固定されている。前記リニアパルス
モータ−１７に対応してボディ１５上部には上下両部が
それぞれ小室２０ど大室２１とからなる作動室２２が形
成されている。前記小室２０には断面積が小なる駆動体
としての小径ビス］−ン２３が上下方向へ病動可Ｒとに
配置されるとともに、大室２１には断面積が人なる被動
体としての大径ビス１〜ン２４が同じく上下方向へ摺動
可能に配置され、両ピストン２３．２４間で囲まれる作
動室２２には作動油等の流体が密封されている。

前記小室２０と大室２１とからなる作動室２２゜小径ピ
ストン２３及び大径ピストン２４とにより、油圧倍力機
構Ａが構成されている。

そして、前記パルスモーター１７のし一ター［」ラド１
７ａは前記小径ピストン２３の上面に当接され、リニア
パルス［−ター１７の駆ｌ１１時にセーターロッド１７
ａを介して小径ビス１−ン２ご３を押圧り−るようにな
っている。ボディ１５にＪ３いて前記作動室２２の下方
には弁孔２５が形成され、同弁孔２５の内頂部は前記大
径ピストン２４の下部が突出されている。

前記弁孔２５の下部にはスリーブ２６が配置され、パイ
ロット油路１１ａの一部を構成杖るボディ１５に設けら
れた油路２７は前記スリーブ２６に設けられた油路１３
及び弁孔２５を介してボディ１５に設けられた油路２９
に連通されている。

又、油路２９は図示しない油路により前記オイルタンク
９に接続されている。前記スリーブ２６にはポペット型
パイロット弁（以下、ポペット弁という）３０がその下
部に設けられたガイド部３１にて上下方向に摺動可能に
配置されている。

前記ポペット弁３０はその上端部が＋Ｔｊ記大径ピスト
ン２４の下部に対して当接配置されるとともに、上部と
中央部側の小径部との間に設置ｊられたテーパー状のシ
ート而３２がスリーブ２６の上部開口部に設けられた上
部はど外方へ拡開りる９座３３に対して接離することに
より、油路２７．１３．２９に流れる作動油（すなわら
流体１６）を制御するようになっている。又、曲記ポペ
ツ１〜弁３０の下部とボディ１５の下部エンドキャップ
３４どの間にはコイルスプリング３５が介装され、ポペ
ット弁３０を常に上方へ付勢している。

なお、前記作動室２２と油路２９との間には油路３６が
接続され、同油路３６にはスプリング３７を備えたチェ
ック弁３８が設けられている。３８ａはチェック弁３８
を油路３６内に固定し、油密に保つための止めネジであ
る。前記油路３６【よ長期間に回る使用等で作動室２２
内に密閉さ゛れた流体が外部へ漏洩し、作動室２２内の
流体が所用聞よりも、少なくなった場合に前記油路２つ
から送られる作動油を供給するためのものであり、チェ
ック弁３８は作！ＪＪ室２２内に貯留された流体が油路
２９側へ漏洩するのを防止するためのものである。

なＪ３、パルスモータ−パイロット弁りにａ３いては油
路１３は油路２７を介してパイロン１〜油路１１ｂに接
続されている。

前記パルスモータ−パイロット弁Ｒ，Ｌの各リニアパル
ス〔−ター１７を制御する装置は第３図に示すようにマ
イクロコンビＸＬ−夕を漏えた制御装置（以下、マイコ
ンコントローラという）１Ｅ３から適宜に出力するデジ
タル制御１３号としての制御パルス信号に基づいて次段
のモータードライバー１９が駆動信号を出力し、同モー
タードライバー１９が出ノＪザる駆動信号によりデジタ
ル的にそれぞれリニアパルスモータ−１７のセーターロ
ッド１７ａをステップ駆動するようにイ１っている。

上記のように構成された流体制御弁の作用を説明する。

さて、第１図においてはスプール２は中立位置状態にあ
る。この状態でマイコンコント【コーラ１８からモータ
ードライバー１９に制御パルス信号が出力されると、モ
ータードライバー１９はその制御パルス信号に基づいて
各パルスモータ−パイロット弁Ｒ，Ｌに駆動信号を出力
する。すると、各リニアパルスモータ−１７はその駆動
号に基づき、モーターロット１７ａｂ＜アイジタル的に
！ト進下動じ、小径ピストン２３を押圧駆動する。する
と、大径ビス［−ン２４は作動室２２内の作動油を介し
て同じく下動される。

このとき、大径ビス］・ン２／ｌの変位量は、［小径ピ
ストン２３の面積／大径ビス１ヘン２４の面積に比例し
て小径ピストン２３の変位ＦｆｉＪ、すし縮小される。

又、大径ピストン２４の駆動力は、Ｕ大径ビス１−ン２
４の面積／小径ピストン２３の面積１に比例して小径ピ
ストン２３の駆動力よりも増大される。

このように大径ピストン２４はモーターロット１７ａの
変位量及び駆動力がそれぐれ縮小及び増大された串にて
ボ゛ベット弁３０を押圧駆動する。

すると、ポベツ［・弁３０はコイルスプリング３５の付
勢力に抗してそのシート面３２を弁座３３に接近させ、
パイロット油路１１ａ、１１ｂの作動油の流れを絞る。

このとき前記モータードライバー１９からパルスモータ
−パイロット弁りのリニアパルスモータ−１７に出力さ
れた駆動信号が全開を意味１する信号のときはその駆動
信号に基づいてパルスモータ−パイロット弁りのポペッ
ト弁３０はそのシート面３２を弁座３３に当接して油路
１３を全閉する。

又、同時にモータードライバー１９からパルスし一ター
パイロット弁Ｒのリニアパルス［−ター１７に出力され
た駆動信号が半開を意味する信号のときはパルスモータ
−パイロット弁Ｒのポペット弁３０はそのシート面３２
を半開の位置にて停止する。

すると、パイロン１〜油路１１ｂ内の圧力がパイロット
油路１１ａ内の圧力よりも高くなり、その結果、スプー
ル２の両端面に作用する油圧が不平衡となるため、この
圧力差によりスプール２を左方へ移動させる。

このスプール２の左方への移動により、第４図に示すよ
うに供給ポート３とアクチュエータポート４、及び戻り
ポート６ａどアクチュエータボ−１・５とが連通し、同
スプール２を介して供給ボー［・３からアクチュエータ
ポート４へ作動油が流れるとともに、アクチュエータボ
ーｊ〜５から戻りボート６ａへ作動油が流れる。

面記とは逆にモータードライバー１９からパルス巳−タ
ーパイロッ１〜弁Ｒのリニアパルス［−ター１７に出力
された駆動信号が全閉を意味する信号のときはその駆動
信号に基づいてパルス七−ターパイロット弁Ｒのボペツ
］へ弁３０はそのシート面３２を弁座３３に当接して油
路１３を全閉づ−る。

又、同時にモータードライバー１９からパルスモータ−
パイロット弁しのリニアパルスモータ−１７に出力され
た駆動信号が半開を意味する信号のときはパルスモータ
−パイロット弁りのポペット弁３０はそのシート面３２
を半閉の位置にて停止する。

すると、パイロット油路１１ａ内の圧力がパイロット油
路１１ｂ内の圧力よりも高くなり、その結果、スプール
２の両端面に作用する油圧が不平衡となるため、この圧
力差によりスプール２を右方へ移動させる。

このスプール２の右方への移動により、第５図に示すよ
うに供給ポート３とアクチュエータポート５、及び戻り
ボート６ｂとアクチュエータポート４とが連通し、同ス
プール２を介して供給Ｗｅ−ト３からアクチュエータポ
ート５へ作動油が流れるとともに、アクチュエータボー
１−４から戻りポート６ｂへ作動油が流れる。

このようにパイロット油路１１ａ、１１ｂの圧力差は両
ポペット弁３０のそれぞれの開度に応じて可変的にコン
トロールされ、この圧力差によりスプール２がマイコン
コントローラ１８の制御パルス信号に応じて移動される
とともに、アクチュエータポート４．５に必要迅の作動
油を流す。。

次に両ポペット弁３０の開度が一定に保持された状態で
マイコンコントローラ１８から次に全開を意味する制御
パルス信号がモータードライバー１９に出力され、同モ
ータードライバー１９がその信号に基づいて各リニアパ
ルスモータ−１７に駆動信号を出力すると、同リニアパ
ルスモータ−１７はその゛し一ターロッド１７ａを上動
させる。

すると、ポペット弁３０に対する抑圧駆動が解除される
ため、同ポペット弁３０はコイルスプリング３５の付勢
力により全開位置まで上動復帰する。

このように、ポペット弁３０はマイコンコン１〜ローラ
１８の制御パルス信号に対応してその変位間を任意に設
定することができる。すなわち、駆動部にソレノイドを
使用する場合はオン・オフ制御のみによってソレノイド
を励磁消磁を行なうことになり、この場合はポペット弁
３０は全閉又は全開の二ストローク位置しかない。これ
に対してリニアパルスモータ−１７はポペット弁３０の
開度を１８（σよ（、デジタル的に任意に制御すること
が可能となる。

従って、パイロット圧力の制御はデジタル的に行なうこ
とができるため、安定性に優れるとともにヒステリシス
が少ないものとなる。この結果、スプール２は正確に位
置決めされるので、オープンループ制御が可能となる。

加えて、リニアパルスモータ−１７のモーターロッド１
７ａの変位間は油圧倍力機構Ａを介す゛ると、変位間が
縮小されるため、ポペット弁３０の変位量を小さくでき
、そのため微小制御が可能となる。又、リニアパルスモ
ータ−１７は一般的に駆動力が小さいが、モーターロッ
ド１７ａの駆動力は油圧倍力機構Δにより増幅されるの
で、ポペット弁３０の駆動に必要な駆動力を充分に与え
ることができる。

又、パルスモータ−パイロット弁Ｒ，Ｌを使用している
ため、マイコンコントローラ１８に対して図示しないア
クチュエータの変位を実用するアクチュエータボート４
，５の流はに関するデーターを入力すれば、プログラム
制御可能な制御弁とすることができる。

なお、この発明は前記実施例に限定されるのものではな
く、この発明の趣旨から逸脱しない範卯で任意に変更す
ることも可能である。

発明の効果 以上詳述したようにこの発明はポペット型パイロット弁
は制御装置のデジタル制御信号に対応してその変位間を
任意に設定することができ、ポペット型パイロット弁の
開度を精度よく、デジタル的に任意に制御することが可
能である。

そのため、パイロット圧力の制御はデジタル的に行なう
ことができるため、安定性に優れるとともにヒステリシ
スが少ないものとなり、オープンループ制御が可能とな
る。又、パルスモータ−を使用しているため、制御装置
に対してデータを入力すればプログラム制御可能な制御
弁とすることができ、制御装置のデジタル制御信号に基
づいて微小なパイロット圧力及びスプール位置制けＵが
可能となる。さらには制御装置はデジタル制御信号を出
力するようになっているため、ノイズに強いものとなる
。又、従来と異なり、ノズルフラッパ等の精密部品が不
要となるため、作動油中のゴミに強くなるとともに信頼
性が高くまた製造コス１−を廉価にすることができる効
果を奏し、産業利用上優れた発明である。

【図面の簡単な説明】

第３図は電気回路図、第４図はスプールの作用を示す要
部断面図、第５図は同じくスプールの他の作用を示す要
部断面図、第６図は従来のサーボ−弁の断面図、第７図
は第６図の状態からスプールが弁開度を保持している状
態の断面図である。 １は弁本体、２はスプール、３は供給ボート、４．５は
アクチュエータボート、６ａ、６ｂは戻りボート、８は
オイルポンプ、９はオイルタンク、１１８．１１ｂはパ
イロット油路、１７はパルスモータ−１１８はマイコン
コントローラ（制御装置）、１９はモータードライバー
、２０は小室、２１は大掌、２２は作動室、２３は小径
ビス１〜ン、２４は大径ピストン、２５は弁孔、２６は
スリーブ、２７．１３．２９は油路、３ｏはボベツ［へ
弁、３３は弁座、３２はシート面、３５はコイルスプリ
ング、Ａは油圧倍力機構、Ｒ，Ｌはパルス［−ターパイ
ロット弁である。 特許υ１願大　　　株式会社豊田自動織機製作所代　理
　人　　　弁理士　　恩１）博宣第２図 第３図 第４図 第６Ｗｉ ｊＩ７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、デジタル制御信号を出力する制御装置と、前記デジ
   タル制御信号にて制御駆動されるリニアパルスモーター
   と、 前記リニアパルスモーターにより駆動される油圧倍力機
   構と、 前記油圧倍力機構により増幅された駆動力にて駆動され
   、ステップ的に変位するポペット型パイロット弁とから
   構成した流体制御弁。 ２、前記油圧倍力機構は互いに連通する小室と大室に対
   して、小室には断面積が小なる駆動体が摺動可能に配置
   されるとともに、大室には断面積が大なる被動体が摺動
   可能に配置され、前記駆動体と、前記被動体との間に形
   成される作動室には流体を密封して構成されたものであ
   る特許請求の範囲第１項に記載の流体制御弁。