JPS6383407A - 油圧制御弁 - 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） この発明はリニアパルスモータ等のデジタル駆動部を弁
体の駆動部とする油圧制御弁に関するものである。

（従来の技術） 一般に電気制御可能な油圧制御弁としては比例電磁弁、
サーボ弁等がある。サーボ弁は入力としての電気信号を
油圧に変換する弁であって、高速な応答を要求されるサ
ーボ機構に適している。

例えばフィードバック方式のサーボ弁では第５図及び第
６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、同アーマチュア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フラッパ４４が変位す
る。

すると、フラッパ４４の両側に配置した左右のノズル４
５．４６に対するす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、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、フラッパ４４を中立位
置まで引き戻す。同フラッパ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４
７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はトルクモータ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。

又、前記以外の制御弁として例えば第７図のものが提案
されている。

すなわち、スプール５１の一端には駆動用コイル（ボイ
スコイル）５２を結合し、その駆動用コイル５２に対応
してボディ側に永久磁石５３を配置し、駆動用コイル５
２と永久磁石５３間の電磁力により前記スプール５１を
直接駆動して、位置制御するものである。そして、前記
スプール５１の位置はスプール５１の他端側に設けた差
動変圧器等の変位検出器（ＬＶＤＴ）５４により検出し
、その検出した変位置に基づいてフィードバックを行な
うようになっている。なお図中、５５はサーボアンプ、
５６はオブザーバである。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、前者の制御弁の場合にはフラッパ４４の駆動
にトルクモータ４１を用いているため、ノズル噴流やフ
ィードバックスプリング４８に抗してフラッパを変位さ
せるため、アーマチュアが大型化し、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る。

さらに、アナログ制御になるため温度等の影響を受けや
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
フトを受けやすいという問題がある。

加えて前記アーマチュア４３及びノズル４５゜４６、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４５．４
６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、ノズル４５゜４６を含むパイロット流路を必要と
するため、構造的に大型化、複雑化し、型土が重くなる
問題があった。

又、後者の制御弁においてはアクチュエータ（駆動コイ
ル５２と永久磁石５３）でスプール５１を直接駆動する
ため、大推ツノが必要で全体が非常に大きく重くなり、
消費電力も多い問題がある。

さらに、高性能の大型永久磁石を使用する必要があるた
め、高価になるとともに、位置フィードバック用の変位
検出器５４も必要である問題があった。

この発明は前記従来のアナログ制御弁における電気ノイ
ズを受けやすい等の問題点、及び大型、型口、高価等の
問題を解消するために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） この発明の油圧制御弁は弁本体に設けた弁孔内の両側部
間を変位する油圧制御用スプールと、前記油圧制御用ス
プール内に設けられ、弁孔の両側部にそれぞれ設けた油
室に連通するとともに、作動油を流入するためのパイロ
ット用弁口を備えるパイロット流路と、前記油圧制御用
スプール内において、前記油室と弁本体に設けた戻りボ
ート間を連通可能に前記各油室に対応してそれぞれ設け
られ、油室内の作動油を排出するためのパイロット流路
と、前記パイロット用弁口のパイロット流路に対する開
口面積を変更可能に前記油圧制御用スプール内に対して
変位可能に設けられ、その変位に基づいてパイロット流
路を介していずれか一方の油室に多くの作動油を供給し
、他方の油室からは作動油を排出するパイロットスプー
ルと、デジタル制御信号に基づいて同パイロットスプー
ルを制御駆動するデジタル駆動部とを備えたものである
。

（作用） デジタル制御信号に基づいてデジタル駆動部がパイロッ
トスプールを変位させると、パイロットスプールはパイ
ロット用弁口のパイロット流路に対する開口面積を変更
する。すると、その変位に基づいてパイロット流路を介
していずれか一方の油室に多くの作動油を供給する。そ
の結果、両袖室の油圧が不平衡になるため、この油圧の
差に基づいて油圧制御用スプールは変位する。このとき
、変位する方向側の油室内の作動油は油室内の作動油を
排出するためのパイロット流路を介して戻りポートへ排
出される。

（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
４図に従って説明する。

弁本体１の弁孔２には四方弁を構成する制御用スプール
（以下、主スプールという）３が左右方向へ摺動可能に
配設されている。そして、首記弁孔２の両側部に設けた
一対の油室２ａ、２ｂは前記主スプール３の外径とほぼ
同じ大きさに形成されている。

前記主スプール３は第３図に示すように弁孔２の右方側
に位置するときには同主スプール３を介して供給ポート
４からシリンダ（図示しない）に通ずるアクチュエータ
ポート５へ作動油が流れるとともに、他のアクチュエー
タボート６から戻りポート７ａへ作動油が流れるように
なっている。

又、前記主スプール３が第４図に示すように弁孔２の左
方側に位置するときには主スプール３を介して供給ボー
ト４からアクチュエータボート６へ作動油が流れるとと
もに、アクチュエータボート５から戻りポート７ｂへ作
動油が流れるようになっている。

なお、前記供給ボート４は油路８及びオイルポンプ９を
介してオイルタンク１０に接続され、前記戻りポート７
ａ、７ｂは油路１１を介してオイルタンク１０に接続さ
れている。

主スプール３の内部には震動孔１３が前記主スプール３
の変位する方向（すなわち軸心方向）に沿うように透設
され、その摺動孔１３は後記するパイロットスプール１
５の大径部にて開成可能な大きさの径に形成されるとと
もに、その中央部は主スプール３の直径方向に透設され
たパイロット用弁口１４に開口されている。そして、前
記主スプール３はこのパイロット用弁口１４が前記供給
ポート４と常時連通するように配置される。

又、主スプール３の両端部には前記摺動孔１３と沿うよ
うに供給用パイロット流路１７．１８が形成され、その
パイロット流路１７．１８の内端は摺動孔１３の中央部
付近にて連通ずるとともに、外端はそれぞれ油室２ａ、
　２ｂに対応して開口されている。さらに、主スプール
３はその両端部において前記油室２ａ、２ｂに一端が開
口する開口部１９ｂ、２０ｂが形成されるとともに、常
に戻りポート７ａ、７ｂにそれぞれ対応する開口部１９
ａ、２０ａが形成され、それらの開口部１９ａ。

１９ｂ、２０ａ、２０ｂの内端は互いに近接した位置に
て摺動孔１３に連通されている。前記開口部１９ａ、１
９ｂ及び摺動孔１３の一部にて排出用パイロット流路１
９が構成され、又、前記開口部２０ａ、２０ｂ及び摺動
孔１３の一部にて排出用パイロット流路２０が構成され
ている。

さらに、主スプール３の震動孔１３にはパイロットスプ
ール１５が主スプール３の軸心方向に沿って変位可能に
挿通されており、その両端は摺動孔１３を介して主スプ
ール３両端から突出され、弁本体１の両袖室２ａ、２ｂ
の内面に対して摺動可能に挿入されている。そして、前
記パイロットスプール１５の両端部において排出用パイ
ロット流路１９．２０に対応する部位は摺動孔１３の内
径よりもその径が小さい小径部１５ａ、１５ｂが形成さ
れ、主スプール３とパイロットスプール１５の両端部間
に形成される間隙が油路となるようになっている。

又、パイロットスプール１５の中央には小円柱状の弁部
１６が膨出形成されており、同弁部１６にて前記パイロ
ット用弁口１４を開閉可能になっている。そして、弁部
１６の両側においてパイロットスプール１５は摺動孔１
３よりも小径に形成されており、パイロットスプール１
５と摺動孔１３間に形成される間隙が油路となり、前記
供給用パイロット流路１７．１８に連通可能になってい
る。

そして、パイロットスプール１５が第１図に示す中立位
置のときには同弁部１６にてパイロット用弁口１４を閉
成することにより、パイロット用弁口１４から両供給用
パイロット流路１７．１８へ作動油の流入を閉止するよ
うになっている。又、このとき排出用パイロット流路１
９．２０はパイロットスプール１５にて閉成されるよう
になっている。

又、パイロットスプール１５の弁部１６が前記中立位置
の状態から摺動孔１３の左右方向のいずれか一方に変位
した場合には、パイロット用弁口１４が開口し、パイロ
ットスプール１５の反変位側の供給用パイロット流路１
７．１８へ作動油を流入させるようになっている。この
とき、パイロットスプール１５の変位側の小径部１５ａ
、１５ｂが開口部１９ａ、１９ｂ、２０ａ、２０ｂの内
端に対応し、変位側の排出用パイロン１〜流路１９゜２
０が開口するようになっている。

弁本体１の一側部にはブラケット２２を介してデジタル
駆動部どしてのリニアパルスモータ２３が固定されてい
る。前記パルスモータ２３のモータロッド２４は前記パ
イロットスプール１５の右端部に連結されている。

前記リニアパルスモータ２３を制御する装置は第１図に
示すようにマイクロコンピュータを備えた制御装置（以
下、マイコンコントローラという）２５からデジタル制
御信号としての制御パルス信号をモータドライバー２６
に対して適宜に出力するようになっている。そして、モ
ータドライバー２６は前記制御パルス信号に基づいて駆
動信号をリニアパルスモータ２３に出力し、同駆動信号
に基づいてリニアパルスモータ２３はそのモータロッド
２４をステップ駆動するようになっている。

上記のように構成された油圧制御弁の作用を説明する。

さて、第１図においては主スプール３及びパイロットス
プール１５は中立位置状態にある。この状態でマイコン
コントローラ２５からモータドライバー２６にパイロッ
トスプール１５を右方位置へ必要量開かせる制御パルス
信号が出力されると、モータドライバー２６はその制御
パルス信号に基づいてリニアパルスモータ２３に駆動信
号を出力する。すると、リニアパルスモータ２３はその
駆動信号に基づき、そのモータロッド２４を右方ヘディ
ジタル的に歩進させ、パイロットスプール１５を右方へ
変位させる。

すると、中立位置状態にあったパイロットスプール１５
は第２図に示すように右方に変位してパイロット流路１
７及び排出用パイロット流路２０を中立位置状態と同じ
く閉成するとともに、パイロット用弁口１４のパイロッ
ト流路１８側を開口して互いに連通させる。このとき、
パイロットスプール１５の変位側の小径部１５ａが開口
部１９ａ、ｉ９ｂの内端に対応し排出用パイロット流路
１９を開口する。この状態で供給ボート４から供給され
る高圧油がパイロット用弁口１４及びパイロット流路１
８を介して油室２ｂ内へ導かれる。

この結果、油室２ｂ内の圧力が一時的に高くなり、主ス
プール３の左端部を押圧する力が右端部を押圧する力よ
りも増大するため、主スプール３は右側へ移動する。こ
のとき、油室２ａ内の作動油は排出用パイロット流路１
９を介して戻りボート７ａへ排出される。

この主スプール３の右側への移動はパイロットスプール
１５の弁部１６がパイロット用弁口１４を閉成し、再び
供給用パイロット流路１７．１８をともに閉成するまで
継続して行われる。すなわち、主スプール３はパイロッ
トスプール１５の移動に追従して移動し、パイロットス
プール１５の変信機に従って主スプール３の駆動位置決
めが行われることになる。

この主スプール３の右方への移動により、第３図に示す
ように供給ボート４とアクチュエータポート５、及び戻
りポート７ａとアクチュエータポ−トロとが連通し、同
主スプール３を介して供給ボート４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、アクチュエータポ
ート６から戻りボート７ａへ作動油が流れる。

反対に第１図の状態でマイコンコン１〜ローラ２５から
モータドライバー２６にパイロットスプール１５を左方
位置へ必要油量かせる制御パルス信号が出力されると、
モータドライバー２６はその制御パルス信号に基づいて
リニアパルスモータ２３に駆動信号を出力する。すると
、リニアパルスモータ２３はその駆動信号に基づき、そ
のモータロッド２４を左方ヘディジタル的に歩進させ、
パイロットスプール１５を左方へ変位させる。

すると、中立位置状態にあったパイロットスプール１５
は左方に変位してパイロット流路１８及び排出用パイロ
ット流路１９の開成を維持するとともに、パイロット用
弁口１４のパイロット流路１７を開口して互いに連通さ
せる。このとき、パイロットスプール１５の変位側の小
径部１５ｂが開口部２０ａ、２０ｂの内端に対応し排出
用パイロット流路２０を開口する。この状態で供給ボー
１へ４から供給される高圧油がパイロット用弁口１４及
び供給用パイロット流路１８を介して油室２ａ内へ導か
れる。

この結果、油室２ａ内の圧力が一時的に高くなり、主ス
プール３の右端部を押圧する力が左端部を押圧する力よ
りも増大するため、主スプール３は左側へ移動する。こ
のとき、油室２ｂ内の作動油は排出用パイロット流路２
０を介して戻りボート７ｂへ排出される。

この主スプール３の左側への移動はパイロットスプール
１５の弁部１６がパイロット用弁口１４を閉成し、再び
供給用パイロット流路１７．１８をともに閉成するまで
継続して行われる。すなわち、主スプール３はパイロン
［−スプール１５の移動に追従して移動し、パイロワ１
−スプール１５の変位ｊに従って主スプール３の駆動位
置決めが行われることになる。

この主スプール３の左方への移動により、第４図に示す
ように供給ポート４とアクチュエータポート６、及び戻
りボー１〜７ｂとアクチュエータポート５とが連通し、
同主スプール３を介して供給ポート４からアクチュエー
タポート６へ作動油が流れるとともに、アクチュエータ
ポート５から戻りボート７ｂへ作動油が流れる。

以上のように、主スプール３の変位が制御されるため、
アクチュエータポート５．６と供給ポート４、戻りボー
ト７ａ、７ｂは適宜、連通閉成され、アクチュエータポ
ート５，６に必要油量を供給することができる。

なお、高圧油はアクチュエータポート５．６に負荷があ
る場合若しくは油圧回路上に図示しないリリーフ弁を設
けた場合等は供給ポート４から供給される作動油は常に
高圧となる。

また、この発明は前記実施例に限定されるものではなく
、この発明の趣旨から逸脱しない範囲で任意に変更する
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によればパイロットスプー
ルは圧力バランスが考慮されており、摩擦力等も小さい
ため、推力がほとんど働かず、非常に小型のパルスモー
タが使用可能となる。この結果、省電力型で軽量小型の
制御弁とすることができる。

又、変位側又は反変位側の油室の増圧、圧抜きを確実に
行なうことができ、応答が正確で速く行なうことができ
る。さらに、パイロット流路を主スプール内に設けてお
り、又、構成部品数が少インいので、全体的に小形化、
軽量化が可能である。

さらに、主スプールがパイロットスプールの動きに追従
するので、制御が容易で応答速度が速い利点がある。

又、制御装置のデジタル制御信号に対応してその変位量
を任意に設定することができ、スプールの開度を精度よ
く、デジタル的に任意に制御することが可能である。

さらにはリニアパルスモータを使用した場合にはデジタ
ル制御信号にて駆動されるようになっているため、ノイ
ズに強いものとなり、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。

又、パルスモータを使用できるため、マイコンとの接続
が容易であり、制御装置に対してデータを入力すればア
クチュエータ流量のプログラム制御可能な制御弁とする
ことができるとともに、スプールの精密位置決めができ
るため、オープンループ制御が可能となる。そして、構
成部品数が少ないので、回路構成が比較的簡単であり、
システム化時の応答が早いものとなる。

そして、リニアパルスモータの保持力により、スプール
の一定開度時の電力が不要となり、省エネルギーのもの
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トを廉価にすることができ
る効果を秦する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を具体化した一実施例の断面図、第２
図はスプールの作用を示す要部断面図、第３図及び第４
図は作用を示す断面図、第５図は従来のサーボ弁の要部
断面図、第６図は第５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、第７図は他の従来のサーボ
弁の断面図である。 １は弁本体、２は弁孔、２ａ、２ｂは油室、３は主スプ
ール（油圧制御用スプール）、４は供給ポート、５．６
はアクチュエータボート、７ａ。 ７ｂは戻りボート、９はオイルポンプ、１０はオイルタ
ンク、１４はパイロット用弁口、１５はパイロットスプ
ール、１６は弁部、１７．１８は供給用パイロット流路
、１９．２０は排出用パイロット流路、２３はリニアパ
ルスモータ、２５はマイコンコントローラ（制御装置）
、２６はモータドライバーである。 特許出願人　　　株式会社豊田自動織機製作所代　理　
人　　　　　弁理士　　恩１）博宣第７図 図面その８ 第５図　　　　後図面無し １１６図 Ａつ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．弁本体に設けた弁孔内の両側部間を変位する油圧制
   御用スプールと、 前記油圧制御用スプール内に設けられ、弁孔の両側部に
   それぞれ設けた油室に連通するとともに、作動油を流入
   するためのパイロツト用弁口を備えるパイロット流路と
   、 前記油圧制御用スプール内において、前記油室と弁本体
   に設けた戻りポート間を連通可能に前記各油室に対応し
   てそれぞれ設けられ、油室内の作動油を排出するための
   パイロット流路と、 前記パイロット用弁口のパイロット流路に対する開口面
   積を変更可能に前記油圧制御用スプール内に対して変位
   可能に設けられ、その変位に基づいてパイロット流路を
   介していずれか一方の油室に多くの作動油を供給し、他
   方の油室からは作動油を排出するパイロットスプールと
   、 デジタル制御信号に基づいて同パイロツトスプールを制
   御駆動するデジタル駆動部と を備えた油圧制御弁。