KR20210030234A - 서보 밸브 - Google Patents

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KR20210030234A
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spool
sleeve
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pressure chamber
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KR1020200115260A
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히사시 야지마
마사유키 이시카와
사토루 이토
겐 츠치야
다케히코 가나자와
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에스엠시 가부시키가이샤
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Abstract

스풀(28)의 변위에 의해 일측 압력실(36a) 또는 타측 압력실(36b)을 유체 공급원에 접속하는 유로를 구성하는 슬리브(22)의 복수의 개구부(24a - 24e) 중 하나 및 스풀의 복수의 홈부(32a - 32c) 중 하나가 서로 중첩되는 위치에서의 제1 유로 면적이, 스풀의 해당 변위에 의해 타측 압력실 또는 일측 압력실을 유체 배출구에 접속하는 유로를 구성하는 슬리브의 복수의 개구부 중 다른 하나 및 스풀의 복수의 홈부 중 다른 하나가 서로 중첩되는 위치에서의 제2 유로 면적과는 상이한 크기로 되어 있다.

Description

서보 밸브 {SERVO VALVE}
본 발명은, 본 발명은, 유체압 실린더의 2개의 압력실에 공급 및 배출되는 유체의 유량을 제어하는 서보 밸브에 관한 것이다.
종래부터, 예를 들어, 자석 가동형의 전자 액추에이터를 구동원으로 하여 스풀의 동작위치를 제어하여, 에어 실린더에 공급하는 에어의 유량을 제어하는 서보 밸브가 알려져 있다(예를 들어, 일본 공개특허공보 특개2003-206908호).
한편, 에어 실린더 혹은 에어 실린더에 접속하는 배관에 스피드 컨트롤러(가변 쓰로틀 밸브)를 설치하여, 에어 실린더의 압력실로부터 배출되는 에어의 유량을 줄이는 미터-아웃 제어나, 에어 실린더의 압력실에 공급하는 에어의 유량을 줄이는 미터-인 제어를 행하는 기술이 알려져 있다. 미터-아웃 제어는, 외부 교란에 대해서 동작을 안정시키고 싶은 경우나, 스트로크 엔드에 도달한 후 추력을 빠르게 상승시키고 싶은 경우에 이용된다. 미터-인 제어는, 실린더가 빠르게 움직이기 시작하는 「점핑-아웃 현상」을 억제하고 싶은 경우나, 스트로크 엔드에 도달한 후 추력을 완만하게 상승시키고 싶은 경우에 이용된다.
그렇지만, 서보 밸브에 의해 제어되는 에어 실린더에 있어서, 미터-아웃 제어 혹은 미터-인 제어를 행하는 경우는, 에어 실린더나 배관에 스피드 컨트롤러를 별도로 설치할 필요가 있다.
본 발명은, 이러한 사정을 배경으로 하여 이루어진 것으로서, 미터-아웃 제어 혹은 미터-인 제어를 실현하는 독자적인 구조를 갖춘 서보 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 서보 밸브는, 유체압 실린더의 일측 압력실 및 타측 압력실에 공급 및 배출하는 유체의 유량을 제어하는 서보 밸브로서, 복수의 개구부를 가지는 슬리브 및 슬리브의 내측에 배치되는 스풀을 구비하며, 스풀에는 복수의 랜드부와 복수의 홈부가 설치된다. 그리고, 스풀의 변위에 의해 일측 압력실 또는 타측 압력실을 유체 공급원에 접속하는 유로를 구성하는 복수의 개구부 중 하나 및 복수의 홈부 중 하나가 서로 중첩되는 위치에서의 제1 유로 면적이, 스풀의 해당 변위에 의해 타측 압력실 또는 일측 압력실을 유체 배출구에 접속하는 유로를 구성하는 복수의 개구부 중 다른 하나 및 복수의 홈부 중 다른 하나가 서로 중첩되는 위치에서의 제2 유로 면적과는 상이한 크기가 되고 있다.
상기 서보 밸브에 의하면, 유체압 실린더에 스피드 컨트롤러를 부설하지 않고, 서보 밸브 자체의 구성에 의해, 미터-아웃 제어 또는 미터-인 제어를 실현할 수 있다.
본 발명에 따른 서보 밸브는, 스풀이 변위할 때, 슬리브의 소정의 개구부 및 스풀의 소정의 홈부가 서로 중첩되는 개소에서의 제1 유로 면적이, 슬리브의 다른 소정의 개구부 및 스풀의 다른 소정의 홈부가 서로 중첩되는 개소에서의 제2 유로 면적과는 상이한 크기가 되고 있으므로, 서보 밸브 자체의 구성에 의해, 미터-아웃 제어 또는 미터-인 제어를 실현할 수 있다.
상기의 목적, 특징 및 이점은, 첨부한 도면을 참조하여 설명되는 이하의 실시형태의 설명으로부터 용이하게 이해될 것이다.
도 1은, 본 발명의 서보 밸브를 포함하는 시스템의 전체도이다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 서보 밸브의 단면도이다.
도 3은, 도 2의 서보 밸브의 스풀이 중립위치에 있을 때의 슬리브와 스풀의 관계를 나타낸 개념도이다.
도 4는, 도 2의 스풀이 X1방향으로 소정량만큼 변위하였을 때의 도 3에 대응하는 도면이다.
도 5는, 도 2의 스풀이 X1방향으로 도 4의 경우보다 더욱 소정량 변위하였을 때의 도 3에 대응하는 도면이다.
도 6은, 도 2의 스풀이 X2방향으로 소정량만큼 변위하였을 때의 도 3에 대응하는 도면이다.
도 7은, 도 2의 스풀이 X2방향으로 도 6의 경우보다 더욱 소정량 변위하였을 때의 도 3에 대응하는 도면이다.
도 8은, 미터-아웃 제어가 행해지는 경우의 도 2의 서보 밸브의 스풀의 위치와 유로의 유효면적과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는, 미터-인 제어가 행해지는 경우의 도 2의 서보 밸브의 스풀의 위치와 유로의 유효면적과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 서보 밸브의 스풀이 중립위치에 있을 때의 슬리브와 스풀의 관계를 나타낸 개념도이다.
도 11은, 본 발명의 제3 실시형태에 따른 서보 밸브의 스풀이 중립위치에 있을 때의 슬리브와 스풀의 관계를 나타낸 개념도이다.
도 12는, 도 11의 스풀이 X1방향으로 변위하였을 때의 슬리브에 형성된 개구부의 상태를 나타낸 도면이다.
도 13은, 도 11의 스풀이 X2방향으로 변위하였을 때의 슬리브에 형성된 개구부 상태를 나타낸 도면이다.
도 14는, 본 발명의 제4 실시형태에 따른 서보 밸브의 스풀이 중립위치에 있을 때의 슬리브와 스풀의 관계를 나타낸 개념도이다.
도 15는, 도 14의 스풀이 X1방향으로 변위하였을 때의 슬리브에 형성된 개구부의 상태를 나타낸 도면이다.
도 16은, 도 14의 스풀이 X2방향으로 변위하였을 때의 슬리브에 형성된 개구부의 상태를 나타낸 도면이다.
도 17은, 본 발명의 제5 실시형태에 따른 서보 밸브의 스풀이 중립위치에 있을 때의 슬리브와 스풀의 관계를 나타낸 개념도이다.
도 18은, 도 17의 스풀이 X1방향으로 변위하였을 때의 슬리브에 형성된 개구부의 상태를 나타낸 도면이다.
도 19는, 도 17의 스풀이 X2방향으로 변위하였을 때의 슬리브에 형성된 개구부의 상태를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 서보 밸브에 대해, 복수의 바람직한 실시형태를 들어, 첨부의 도면을 참조하면서 설명한다.
(제1 실시형태)
본 발명의 제1 실시형태에 따른 서보 밸브(10)에 대해, 도 1 내지 도 9를 참조하면서 설명한다.
도 1은, 서보 밸브(10)에 의해 유체압 실린더(36)를 제어하는 시스템 전체를 나타내는 개념도이다. 서보 밸브(10)는, 유체압 실린더(36)의 일측 압력실(36a) 및 타측 압력실(36b)에 공급 및 배출하는 유체의 유량을 제어하는 밸브이며, 서보 밸브(10)의 동작은 밸브 컨트롤러(68)에 의해 제어된다. 여기서, 「유체」란, 공기를 포함하는 압축성 유체를 의미한다. 또한, 도 1에서는, 편의상, 서보 밸브(10)는 일반적인 회로기호를 이용하여 표시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 서보 밸브(10)는, 유로전환 기구부(12)와 액추에이터부(14)를 가진다. 유로전환 기구부(12)는, 통 형상의 밸브 바디(16)와, 밸브 바디(16)의 내부에 배치된 스풀(28)을 포함한다. 액추에이터부(14)는, 밸브 바디(16)의 단부에 배치된 스테이터부(38)와, 스풀(28)의 단부에 연결 샤프트(54)를 통하여 연결된 마그넷부(52)를 포함한다. 이하의 설명에서는, 스풀(28)의 축선방향과 평행한 방향, 즉, 스풀(28)이 이동하는 방향을 X방향이라고 한다. 또, 스풀(28)이 X방향을 따라 액추에이터부(14)로부터 이격되는 방향을 X1방향, 스풀(28)이 X방향을 따라 액추에이터부(14)에 접근하는 방향을 X2방향이라고 한다.
밸브 바디(16)는, 그 길이방향으로 관통하는 구멍부를 가진다. 이 구멍부는, 밸브 바디(16)의 X1방향 단부에 형성된 제1 대직경 구멍부(18a)와, 밸브 바디(16)의 X2방향 단부에 형성된 제2 대직경 구멍부(18b)와, 이들 제1 대직경 구멍부(18a)와 제2 대직경 구멍부(18b)와의 사이에 형성된 소직경 구멍부(18c)로 이루어진다.
밸브 바디(16)에는, 소직경 구멍부(18c)에 연통함과 함께 밸브 바디(16)의 외주면에서 개구되는 제1 포트(20a) 내지 제5 포트(20e)가 X방향으로 줄지어 설치되어 있다. 제1 포트(20a) 및 제5 포트(20e)는 도시하지 않은 유체 공급원에 접속되고, 제3 포트(20c)는 도시하지 않은 유체 배출구에 접속되어 있다. 또, 제2 포트(20b) 및 제4 포트(20d)는, 각각 유체압 실린더(36)의 일측 압력실(36a) 및 타측 압력실(36b)에 접속되어 있다(도 1 참조).
밸브 바디(16)의 소직경 구멍부(18c)에는, 원통형의 슬리브(22)가 삽입되어 있다. 슬리브(22)는, 밸브 바디(16)의 제1 대직경 구멍부(18a)에 고정된 통 형상의 슬리브 스토퍼(25)와, 밸브 바디(16)의 제2 대직경 구멍부(18b)의 X1방향 단부에 고정된 스냅 링(26)에 의해, 밸브 바디(16)의 내부에서 축방향으로 위치결정 고정된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 슬리브(22)는, 각각이 직경방향 양측으로 슬리브(22)의 벽면을 관통하는 한 쌍의 개구로 이루어지는 제1 개구부(24a) 내지 제5 개구부(24e)를 가진다. 제1 개구부(24a) 내지 제5 개구부(24e)는, 각각 밸브 바디(16)의 제1 포트(20a) 내지 제5 포트(20e)에 연통하고 있다. 제1 개구부(24a) 내지 제5 개구부(24e)를 직경방향으로 본 형상은, 모두 동일한 직사각 형상이며, 그 폭(X방향과 직교하는 길이)은 X방향을 따라 일정하다. 본 실시형태에서는, 제1 개구부(24a) 내지 제5 개구부(24e)의 형상을 직사각 형상으로 했지만, 타원 형상을 포함한 원 형상일 수도 있다.
슬리브(22)의 내측에는, 원기둥 형상의 스풀(28)이 X방향으로 이동 가능하게 삽입되어 있다. 스풀(28)에는, 슬리브(22)의 내주면에 밀접하는 제1 랜드(land)부(30a) 내지 제4 랜드부(30d)가 X방향으로 줄지어 설치되어 있다. 제1 랜드부(30a)와 제2 랜드부(30b)와의 사이에는, 외주면을 둘러싸는 제1 홈부(32a)가 형성되어 있다. 마찬가지로, 제2 랜드부(30b)와 제3 랜드부(30c)와의 사이에는, 외주면을 둘러싸는 제2 홈부(32b)가 형성되어 있고, 제3 랜드부(30c)와 제4 랜드부(30d)와의 사이에는, 외주면을 둘러싸는 제3 홈부(32c)가 형성되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 액추에이터부(14)에 통전이 되지 않아 스풀(28)이 중립위치에 있을 때, 슬리브(22)의 제2 개구부(24b)는 스풀(28)의 제2 랜드부(30b)에 의해 폐쇄되고, 슬리브(22)의 제4 개구부(24d)는 스풀(28)의 제3 랜드부(30c)에 의해 폐쇄되어 있다. 이것에 의해, 유체압 실린더(36)의 일측 압력실(36a)에 접속되는 제2 개구부(24b)는, 유체 공급원에 접속되는 제1 개구부(24a)로부터 차단됨과 함께, 유체 배출구에 접속되는 제3 개구부(24c)로부터도 차단된다. 또, 유체압 실린더(36)의 타측 압력실(36b)에 접속되는 제4 개구부(24d)는, 유체 공급원에 접속되는 제5 개구부(24e)로부터 차단됨과 함께, 유체 배출구에 접속되는 제3 개구부(24c)로부터도 차단된다.
상기 스풀(28)의 중립위치에 있어서, 제2 랜드부(30b)가 제1 개구부(24a)와 제2 개구부(24b)와의 사이의 슬리브(22)의 내벽면에 접촉하는 X방향 길이(랩 길이) (a1)는, 제3 랜드부(30c)가 제3 개구부(24c)와 제4 개구부(24d)와의 사이의 슬리브(22)의 내벽면에 접촉하는 X방향 길이(랩 길이) (b1)보다 작다. 또, 스풀(28)의 중립위치에 있어서, 제3 랜드부(30c)가 제4 개구부(24d)와 제5 개구부(24e)와의 사이의 슬리브(22)의 내벽면에 접촉하는 X방향 길이(랩 길이) (a2)는, 제2 랜드부(30b)가 제2 개구부(24b)와 제3 개구부(24c)와의 사이의 슬리브(22)의 내벽면에 접촉하는 X방향 길이(랩 길이) (b2)보다 작다. 본 실시형태에서는, a2는 a1과 동일한 크기이며, b2는 b1과 동일한 크기로 되어 있다.
스테이터부(38)는, 밸브 바디(16)의 X2방향 단부에 고정된 스테이터 하우징(40)의 내측에 수용되어 있다. 스테이터부(38)는, 강자성체로 이루어지는 고정 요크(42)와, 고정 요크(42)의 내측에 배치된 여자 코일(50)을 가진다. 고정 요크(42)는, X1방향 측에 배치되는 두꺼운 통 형상의 제1 엔드 요크(44)와, X2방향 측에 배치되는 두꺼운 통 형상의 제2 엔드 요크(46)와, 제1 엔드 요크(44)와 제2 엔드 요크(46)와의 사이에 이것들의 외주면과 동일면으로 배치되는 얇은 통 형상의 아우터 요크(48)로 이루어진다.
제1 엔드 요크(44)의 내주측에는, 제2 엔드 요크(46)를 향하여 연장되는 제1 극치(pole tooth) (44a)가 돌출하여 형성되고, 제2 엔드 요크(46)의 내주측에는, 제1 엔드 요크(44)를 향하여 연장되는 제2 극치(46a)가 돌출하여 형성되어 있다. 여자 코일(50)에 소정 방향의 전류를 흘리면, 제1 극치(44a)는 N극으로 되고, 제2 극치(46a)는 S극으로 된다. 여자 코일(50)에 그 역방향의 전류를 흘리면, 제1 극치(44a)는 S극으로 되고, 제2 극치(46a)는 N극으로 된다.
마그넷부(52)는, 통 형상의 영구자석으로 이루어지는 제1 마그넷(52a)과, 동일하게 통 형상의 영구자석으로 이루어지는 제2 마그넷(52b)과, 이들 제1 마그넷(52a)과 제2 마그넷(52b)과의 사이에 배치되는 강자성체로 이루어지는 통 형상의 이너 요크(52c)를 포함한다. 제1 마그넷(52a)의 외주면은, 제1 엔드 요크(44)의 제1 극치(44a)의 내주면과 마주보고, 제2 마그넷(52b)의 외주면은, 제2 엔드 요크(46)의 제2 극치(46a)의 내주면과 마주본다. 제1 마그넷(52a)은, X1방향이 N극으로, X2방향이 S극으로 되도록 자화되어 있다. 제2 마그넷(52b)은 X1방향이 S극으로, X2방향이 N극으로 되도록 자화되어 있다.
마그넷부(52)는, 일단이 스풀(28)에 고정된 연결 샤프트(54)의 타단측에 고정되어 있다. 구체적으로는, 연결 샤프트(54)의 타단측에는, 단차부를 통하여 소직경 축부(54a)가 형성되어 있고, 마그넷부(52)는 이 소직경 축부(54a)에 삽입되고, 나아가서 마그넷 스토퍼(55)가 삽입된 후, 소직경 축부(54a)의 단부에 너트(56)가 나사결합되어 고정된다. 이것에 의해, 스풀(28)은, 마그넷부(52)와 일체가 되어 X방향으로 변위 가능하다.
연결 샤프트(54)의 외주측에서 밸브 바디(16)의 제2 대직경 구멍부(18b)에는, 제1 코일 스프링(58) 및 제2 코일 스프링(60)이 배치되어 있다. 제1 코일 스프링(58)은, 스풀(28)의 X2방향 단부에 맞닿아 스풀(28)과 함께 이동 가능한 공통 스프링 리시버(62)와, 제1 엔드 요크(44)의 X1방향 단부에 맞닿는 제1 스프링 리시버(64)와의 사이에 위치된다. 제2 코일 스프링(60)은, 제1 코일 스프링(58)의 내측에 배치되고, 공통 스프링 리시버(62)와, 연결 샤프트(54)의 외주에 고정된 제2 스프링 리시버(66)와의 사이에 위치된다.
제1 코일 스프링(58)은, 스풀(28)이 중립위치로부터 X2방향으로 변위하면, X방향으로 압축되어 스풀(28)에 대해서 X1방향의 편향력(biasing force)을 부여한다. 제2 코일 스프링(60)은, 스풀(28)이 중립위치로부터 X1방향으로 변위하면, X방향으로 압축되어 스풀(28)에 대해서 X2방향의 편향력을 부여한다. 즉, 제1 코일 스프링(58) 및 제2 코일 스프링(60)은, 여자 코일(50)에의 통전을 정지하였을 때 스풀(28)을 중립위치로 복귀시킴과 함께, 여자 코일(50)에 통전을 하지 않은 상태에 있을 때 스풀(28)을 안정적으로 중립위치에 유지하는 역할을 담당하고 있다.
스테이터 하우징(40)에는, 마그넷부(52)가 X방향으로 변위하는 것에 수반하여 변화하는 자속을 검출 가능한 자기 센서(53)가 설치되어 있다. 이 자기 센서(53)에 의해, 마그넷부(52)와 일체로 변위하는 스풀(28)의 위치를 검출할 수 있다.
본 실시형태에 따른 서보 밸브(10)는, 기본적으로는 이상과 같이 구성되는 것이며, 이하, 그 작용에 대해 설명한다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 스풀(28)이 중립위치에 있을 때를 초기 상태로 한다.
초기 상태에 있어서, 슬리브(22)의 제2 개구부(24b)는 스풀(28)의 제2 랜드부(30b)에 의해 폐쇄되고, 슬리브(22)의 제4 개구부(24d)는 스풀(28)의 제3 랜드부(30c)에 의해 폐쇄되어 있다. 이 때문에, 유체압 실린더(36)의 일측 압력실(36a) 및 타측 압력실(36b)에 대해서 유체의 공급 및 배출은 행해지지 않는다.
이 초기 상태로부터, 여자 코일(50)에 통전하여 여자 코일(50)에 소정 방향의 전류를 흘리면, 제1 엔드 요크(44)의 제1 극치(44a)는 N극으로 되고, 제2 엔드 요크(46)의 제2 극치(46a)는 S극으로 된다. 그렇게 하면, 제1 엔드 요크(44)에 발생하는 자속과 제1 마그넷(52a)의 자속과의 상호작용, 및, 제2 엔드 요크(46)에 발생하는 자속과 제2 마그넷(52b)의 자속과의 상호작용에 의해, 마그넷부(52)와 일체인 스풀(28)은 X1방향으로 변위한다.
스풀(28)이 X1방향으로 변위해 가면, 우선, 스풀(28)의 변위량이 a2가 되는 곳에서, 스풀(28)의 제3 랜드부(30c)에 의한 슬리브(22)의 제4 개구부(24d)의 폐쇄상태가 해제되고, 슬리브(22)의 제4 개구부(24d)가 스풀(28)의 제3 홈부(32c)와 중첩되기 시작한다. 계속해서, 스풀(28)의 변위량이 b2가 되는 곳에서, 스풀(28)의 제2 랜드부(30b)에 의한 슬리브(22)의 제2 개구부(24b)의 폐쇄상태가 해제되고, 슬리브(22)의 제2 개구부(24b)가 스풀(28)의 제2 홈부(32b)와 중첩되기 시작한다.
슬리브(22)의 제4 개구부(24d)가 스풀(28)의 제3 홈부(32c)와 중첩됨으로써, 유체압 실린더(36)의 타측 압력실(36b)에 접속된 제4 포트(20d)가 유체 공급원에 접속된 제5 포트(20e)에 연결된다. 또, 슬리브(22)의 제2 개구부(24b)가 스풀(28)의 제2 홈부(32b)와 중첩됨으로써, 유체압 실린더(36)의 일측 압력실(36a)에 접속된 제2 포트(20b)가 유체 배출구에 접속된 제3 포트(20c)에 연결된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 스풀(28)이 X1방향으로 소정량만큼 변위하였을 때, 제4 개구부(24d)가 X방향으로 길이(L1)만큼 제3 홈부(32c)와 중첩되고, 제2 개구부(24b)가 X방향으로 길이(L2)만큼 제2 홈부(32b)와 중첩된다.
중립위치에 있어서, 제3 랜드부(30c)가 제4 개구부(24d)와 제5 개구부(24e)와의 사이의 슬리브(22)의 내벽면에 접촉하는 랩 길이(a2)는, 제2 랜드부(30b)가 제2 개구부(24b)와 제3 개구부(24c)와의 사이의 슬리브(22)의 내벽면에 접촉하는 랩 길이(b2)보다 작기 때문에, 상기 길이(L2)는, 상기 길이(L1)보다 (b2 - a2)만큼 작다. 따라서, 일측 압력실(36a)로부터 유체 배출구를 향하여 흐르는 유로의 유효면적은, 유체 공급원으로부터 타측 압력실(36b)을 향하여 흐르는 유로의 유효면적보다 작다. 이 때문에, 타측 압력실(36b)에 유체를 공급함과 함께 일측 압력실(36a)로부터 유체를 배출할 때에, 배출하는 유체의 유량을 감소시키는 미터-아웃 제어를 행한다. 또한, 「유로의 유효면적」이란, 유로 중의 가장 좁은 부위에서의 단면적이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 스풀(28)이 X1방향으로 더욱 소정량 변위하였을 때, 제4 개구부(24d)는, X방향으로 상기 길이(L1)보다 큰 길이(L3)만큼 제3 홈부(32c)와 중첩되고, 제2 개구부(24b)는, X방향으로 상기 길이(L2)보다 큰 길이(L4)만큼 제2 홈부(32b)와 중첩된다. 상기 길이(L4)는 상기 길이(L3)보다 작기 때문에, 미터-아웃 제어가 행해진다.
상기 길이(L3)는 상기 길이(L1)보다 크기 때문에, 도 4의 경우와 비교하면, 타측 압력실(36b)에 공급하는 유체의 유량이 커진다. 또, 상기 길이(L4)는 상기 길이(L2)보다 크기 때문에, 도 4의 경우와 비교하면, 일측 압력실(36a)로부터 배출되는 유체의 유량도 커진다. 따라서, 유체압 실린더(36)의 동작 속도가 커진다.
다음에, 여자 코일(50)에 대한 통전을 정지하여, 스풀(28)을 중립위치에 복귀시킨 후, 다시 여자 코일(50)에 통전하여 여자 코일(50)에 상기 소정 방향과는 역방향의 전류를 흘리면, 제1 엔드 요크(44)의 제1 극치(44a)는 S극으로 되고, 제2 엔드 요크(46)의 제2 극치(46a)는 N극으로 된다. 그렇게 하면, 제1 엔드 요크(44)에 발생하는 자속과 제1 마그넷(52a)의 자속과의 상호작용, 및, 제2 엔드 요크(46)에 발생하는 자속과 제2 마그넷(52b)의 자속과의 상호작용에 의해, 마그넷부(52)와 일체인 스풀(28)은 X2방향으로 변위한다.
스풀(28)이 X2방향으로 변위해 가면, 우선, 스풀(28)의 변위량이 a1이 되는 곳에서, 스풀(28)의 제2 랜드부(30b)에 의한 슬리브(22)의 제2 개구부(24b)의 폐쇄상태가 해제되고, 슬리브(22)의 제2 개구부(24b)가 스풀(28)의 제1 홈부(32a)와 중첩되기 시작한다. 계속해서, 스풀(28)의 변위량이 b1가 되는 곳에서, 스풀(28)의 제3 랜드부(30c)에 의한 슬리브(22)의 제4 개구부(24d)의 폐쇄상태가 해제되고, 슬리브(22)의 제4 개구부(24d)가 스풀(28)의 제2 홈부(32b)와 중첩되기 시작한다.
슬리브(22)의 제2 개구부(24b)가 스풀(28)의 제1 홈부(32a)와 중첩됨으로써, 유체압 실린더(36)의 일측 압력실(36a)에 접속된 제2 포트(20b)가 유체 공급원에 접속된 제1 포트(20a)에 연결된다. 또, 슬리브(22)의 제4 개구부(24d)가 스풀(28)의 제2 홈부(32b)와 중첩됨으로써, 유체압 실린더(36)의 타측 압력실(36b)에 접속된 제4 포트(20d)가 유체 배출구에 접속된 제3 포트(20c)에 연결된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 스풀(28)이 X2방향으로 소정량만큼 변위하였을 때, 제2 개구부(24b)가 X방향으로 길이(L5)만큼 제1 홈부(32a)와 중첩되고, 제4 개구부(24d)가 X방향으로 길이(L6)만큼 제2 홈부(32b)와 중첩된다.
중립위치에 있어서, 제2 랜드부(30b)가 제1 개구부(24a)와 제2 개구부(24b)와의 사이의 슬리브(22)의 내벽면에 접촉하는 랩 길이(a1)는, 제3 랜드부(30c)가 제3 개구부(24c)와 제4 개구부(24d)와의 사이의 슬리브(22)의 내벽면에 접촉하는 랩 길이(b1)보다 작기 때문에, 상기 길이(L6)는, 상기 길이(L5)보다 (b1 - a1)만큼 작다. 따라서, 타측 압력실(36b)로부터 유체 배출구를 향하여 흐르는 유로의 유효면적은, 유체 공급원으로부터 일측 압력실(36a)을 향하여 흐르는 유로의 유효면적보다 작다. 이 때문에, 일측 압력실(36a)에 유체를 공급함과 함께 타측 압력실(36b)로부터 유체를 배출할 때에, 배출하는 유체의 유량을 감소시키는 미터-아웃 제어가 행해진다.
도 7에 도시된 바와 같이, 스풀(28)이 X2방향으로 더욱 소정량 변위하였을 때, 제2 개구부(24b)는, X방향으로 상기 길이(L5)보다 큰 길이(L7)만큼 제1 홈부(32a)와 중첩되고, 제4 개구부(24d)는, X방향으로 상기 길이(L6)보다 큰 길이(L8)만큼 제2 홈부(32b)와 중첩된다. 상기 길이(L8)는 상기 길이(L7)보다 작기 때문에, 미터-아웃 제어가 행해진다.
상기 길이(L7)는 상기 길이(L5)보다 크기 때문에, 도 6의 경우와 비교하면, 일측 압력실(36a)에 공급하는 유체의 유량이 커진다. 또, 상기 길이(L8)는 상기 길이(L6)보다 크기 때문에, 도 6의 경우와 비교하면, 타측 압력실(36b)로부터 배출되는 유체의 유량도 커진다. 따라서, 유체압 실린더(36)의 동작 속도가 커진다.
도 8은, 상기한 바와 같이 미터-아웃 제어가 행해지는 경우의, 스풀(28)의 위치와 제2 포트(20b)를 포함한 유로의 유효면적과의 관계, 및, 스풀(28)의 위치와 제4 포트(20d)를 포함한 유로의 유효면적과의 관계를 나타낸 도면이다. 횡축은 스풀(28)의 위치를 나타내고 있으며, 스풀(28)이 중립위치에 있을 때를 원점으로 하여, 스풀(28)이 X1방향으로 변위한 양을 마이너스의 값으로 나타내고, 스풀(28)이 X2방향으로 변위한 양을 플러스의 값으로 나타내고 있다. 또, 세로축은 유로의 유효면적을 나타내고 있으며, 일측 압력실(36a) 또는 타측 압력실(36b)에 대해서 유체를 공급할 때의 유로의 유효면적을 플러스의 값으로 나타내고 있고, 타측 압력실(36b) 또는 일측 압력실(36a)로부터 유체를 배출할 때의 유로의 유효면적을 마이너스의 값으로 나타내고 있다.
스풀(28)의 위치와 제2 포트(20b)를 포함한 유로의 유효면적과의 관계는 실선으로 표시하고, 스풀(28)의 위치와 제4 포트(20d)를 포함한 유로의 유효면적과의 관계는 점선으로 표시하고 있다. 도 8로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 스풀(28)이 중립위치로부터 X1방향으로 소정 이상 변위하였을 때, 타측 압력실(36b)의 유체가 제4 포트(20d)를 통하여 배출되는 유로의 유효면적은, 제2 포트(20b)를 통하여 일측 압력실(36a)에 유체가 공급되는 유로의 유효면적보다 작다. 또, 스풀(28)이 중립위치로부터 X2방향으로 소정 이상 변위하였을 때, 일측 압력실(36a)의 유체가 제2 포트(20b)를 통하여 배출되는 유로의 유효면적은, 제4 포트(20d)를 통하여 타측 압력실(36b)에 유체가 공급되는 유로의 유효면적보다 작다.
여기서, 스풀(28)의 X1방향의 최대 변위량은, 예를 들어, 제5 개구부(24e)가 제3 홈부(32c)와 중첩되는 개소에서의 유로 면적보다 제4 개구부(24d)가 제3 홈부(32c)와 중첩되는 개소에서의 유로 면적이 커지지 않는 범위에서 설정된다. 마찬가지로, 스풀(28)의 X2방향의 최대 변위량은, 예를 들어, 제1 개구부(24a)가 제1 홈부(32a)와 중첩되는 개소에서의 유로 면적보다 제2 개구부(24b)가 제1 홈부(32a)와 중첩되는 개소에서의 유로 면적이 커지지 않는 범위에서 설정된다.
본 실시형태에서는, 스풀(28)의 중립위치에 있어서, 랩 길이(a1)가 랩 길이(b1)보다 작고, 또한, 랩 길이(a2)가 랩 길이(b2)보다 작아지도록 설정하였지만, 미터-인 제어를 행하는 경우에는, 이 대소 관계를 반대로 설정하면 된다. 즉, 스풀(28)의 중립위치에 있어서, 랩 길이(a1)가 랩 길이(b1)보다 크고, 한편, 랩 길이(a2)가 랩 길이(b2)보다 커지도록 설정하면, 미터-인 제어를 행할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는, 유체 공급원을 제1 포트(20a) 및 제5 포트(20e)에 접속함과 함께 유체 배출구를 제3 포트(20c)에 접속하였지만, 유체 공급원을 제3 포트(20c)에 접속함과 함께 유체 배출구를 제1 포트(20a) 및 제5 포트(20e)에 접속하도록 변경하면, 미터-인 제어를 행할 수 있다.
도 9는, 미터-인 제어가 행해지는 경우의, 스풀(28)의 위치와 제2 포트(20b)를 포함한 유로의 유효면적과의 관계, 및, 스풀(28)의 위치와 제4 포트(20d)를 포함한 유로의 유효면적과의 관계를 나타낸 도면이다. 전자는 실선으로 표시하고, 후자는 점선으로 표시하고 있다.
도 9로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 스풀(28)이 중립위치로부터 X1방향으로 소정 이상 변위하였을 때, 제4 포트(20d)를 통하여 타측 압력실(36b)에 유체가 공급되는 유로의 유효면적은, 일측 압력실(36a)의 유체가 제2 포트(20b)를 통하여 배출되는 유로의 유효면적보다 작다. 또, 스풀(28)이 중립위치로부터 X2방향으로 소정 이상 변위하였을 때, 제2 포트(20b)를 통하여 일측 압력실(36a)에 유체가 공급되는 유로의 유효면적은, 타측 압력실(36b)의 유체가 제4 포트(20d)를 통하여 배출되는 유로의 유효면적보다 작다.
스풀(28)의 위치는, 밸브 컨트롤러(68)에 의해 제어된다. 밸브 컨트롤러(68)에는, 도시하지 않은 상위의 컨트롤러(PLC 등)로부터 스풀(28)의 목표위치에 관한 지령신호가 입력되는 것 외에, 자기 센서(53)로부터 스풀(28)의 현재 위치에 관한 검출신호가 입력된다. 밸브 컨트롤러(68)는, 이러한 신호에 근거하여, 스풀(28)을 목표위치로 변위시킬 수 있도록, 여자 코일(50)에 대해서 필요한 전력 공급 신호를 출력한다.
스풀(28)의 목표위치는, 임의의 위치로(무단계로) 설정하는 것이 가능한 것 외에, 중립위치 이외의 한정된 복수의 위치로 설정하는 것이 가능하다. 한정된 복수의 위치의 예로서는, X1방향 및 X2방향의 소정의 2개 위치, X1방향의 소정의 2개 위치와 X2방향의 소정의 2개 위치의 합계 4개 위치 등이 고려될 수 있다. X1방향의 복수의 위치와 X2방향의 복수의 위치를 설정하는 경우에는, 유체압 실린더(36)의 왕복운동의 양쪽 방향 각각에 대해 동작 속도를 단계적으로 조정하는 것이 가능해진다. 밸브 컨트롤러(68)에는, 이들 복수의 목표위치를 미리 설정해 둘 수 있다. 목표위치의 설정수가 적을수록, 상위의 컨트롤러로부터의 지령신호를 간단한 2값 신호(ON/OFF 신호)의 조합으로 할 수 있다.
본 실시형태에 따른 서보 밸브(10)에 의하면, 스풀(28)의 중립위치에 있어서의 랜드부와 서로 인접하는 2개의 개구부 간의 슬리브(22)의 내벽면과의 사이의 랩 길이가 정교하게 설정되었으므로, 서보 밸브(10) 단독으로 미터-아웃 제어 또는 미터-인 제어를 행할 수 있다.
(제2 실시형태)
다음에, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 서보 밸브에 대해, 도 10을 참조하면서 설명한다. 제2 실시형태에서는, 스풀의 형상이 제1 실시형태와 다르다. 또한, 슬리브와 스풀을 제외한 구성요소에 대해서는, 제1 실시형태에 따른 서보 밸브(10)의 구성요소와 그 참조부호를 적절히 이용하여 설명한다.
원기둥 형상의 스풀(74)에는, 슬리브(70)의 내측에 밀접하는 제1 랜드부(76a) 내지 제3 랜드부(76c)가 X방향으로 줄지어 설치되어 있다. 제1 랜드부(76a)와 제2 랜드부(76b)와의 사이에는, 외주면을 둘러싸는 제1 홈부(78a)가 형성되고, 제2 랜드부(76b)와 제3 랜드부(76c)와의 사이에는, 외주면을 둘러싸는 제2 홈부(78b)가 형성되어 있다.
슬리브(70)의 제1 개구부(72a) 내지 제5 개구부(72e)는, 각각 밸브 바디(16)의 제1 포트(20a) 내지 제5 포트(20e)에 연통하고 있다. 제1 개구부(72a) 내지 제5 개구부(72e)를 직경방향으로 본 형상은, 모두 동일한 직사각 형상이며, 그 폭은 X방향을 따라 일정하다.
도 10에 도시된 바와 같이, 액추에이터부(14)에 통전이 되지 않고 스풀(74)이 중립위치에 있을 때, 슬리브(70)의 제1 개구부(72a)는 스풀(74)의 제1 랜드부(76a)에 의해 폐쇄되어 있다. 마찬가지로, 슬리브(70)의 제3 개구부(72c)는 스풀(74)의 제2 랜드부(76b)에 의해 폐쇄되고, 슬리브(70)의 제5 개구부(72e)는 스풀(74)의 제3 랜드부(76c)에 의해 폐쇄되어 있다. 이것에 의해, 유체압 실린더(36)의 일측 압력실(36a)에 접속되는 제2 개구부(72b)는, 유체 공급원에 접속되는 제1 개구부(72a)로부터 차단됨과 함께, 유체 배출구에 접속되는 제3 개구부(72c)로부터도 차단된다. 또, 유체압 실린더(36)의 타측 압력실(36b)에 접속되는 제4 개구부(72d)는, 유체 공급원에 접속되는 제5 개구부(72e)로부터 차단됨과 함께, 유체 배출구에 접속되는 제3 개구부(72c)로부터도 차단된다.
상기 스풀(74)의 중립위치에 있어서, 제2 랜드부(76b)가 제3 개구부(72c)와 제4 개구부(72d)와의 사이의 슬리브(70)의 내벽면에 접촉하는 랩 길이(d1)는, 제1 랜드부(76a)가 제1 개구부(72a)와 제2 개구부(72b)와의 사이의 슬리브(70)의 내벽면에 접촉하는 랩 길이(c1)보다 작다. 또, 스풀(74)의 중립위치에 있어서, 제2 랜드부(76b)가 제2 개구부(72b)와 제3 개구부(72c)와의 사이의 슬리브(70)의 내벽면에 접촉하는 랩 길이(d2)는, 제3 랜드부(76c)가 제4 개구부(72d)와 제5 개구부(72e)와의 사이의 슬리브(70)의 내벽면에 접촉하는 랩 길이(c2)보다 작다. 본 실시형태에서는, c2는 c1과 동일한 크기이며, d2는 d1과 동일한 크기로 되어 있다.
스풀(74)이 중립위치로부터 X1방향으로 변위해 가면, 우선, 스풀(74)의 변위량이 d1이 되는 곳에서, 스풀(74)의 제2 랜드부(76b)에 의한 슬리브(70)의 제3 개구부(72c)의 폐쇄상태가 해제되고, 슬리브(70)의 제3 개구부(72c)가 스풀(74)의 제2 홈부(78b)와 중첩되기 시작한다. 계속해서, 스풀(74)의 변위량이 c1이 되는 곳에서, 스풀(74)의 제1 랜드부(76a)에 의한 슬리브(70)의 제1 개구부(72a)의 폐쇄상태가 해제되고, 슬리브(70)의 제1 개구부(72a)가 스풀(74)의 제1 홈부(78a)와 중첩되기 시작한다.
슬리브(70)의 제3 개구부(72c)가 스풀(74)의 제2 홈부(78b)와 중첩됨으로써, 유체압 실린더(36)의 타측 압력실(36b)에 접속된 제4 포트(20d)가 유체 배출구에 접속된 제3 포트(20c)에 연결된다. 또, 슬리브(70)의 제1 개구부(72a)가 스풀(74)의 제1 홈부(78a)와 중첩됨으로써, 유체압 실린더(36)의 일측 압력실(36a)에 접속된 제2 포트(20b)가 유체 공급원에 접속된 제1 포트(20a)에 연결된다.
이 경우, 제1 개구부(72a)가 제1 홈부(78a)와 중첩되는 X방향의 길이는, 제3 개구부(72c)가 제2 홈부(78b)와 중첩되는 X방향의 길이보다 작으므로(도시생략), 유체 공급원으로부터 일측 압력실(36a)을 향하여 흐르는 유로의 유효면적은, 타측 압력실(36b)로부터 유체 배출구를 향하여 흐르는 유로의 유효면적보다 작다. 이 때문에, 일측 압력실(36a)에 유체를 공급함과 함께 타측 압력실(36b)로부터 유체를 배출할 때에, 공급하는 유체의 유량을 감소시키는 미터-인 제어가 행해진다.
또, 스풀(74)이 중립위치로부터 X2방향으로 변위해 가면, 우선, 스풀(74)의 변위량이 d2가 되는 곳에서, 스풀(74)의 제2 랜드부(76b)에 의한 슬리브(70)의 제3 개구부(72c)의 폐쇄상태가 해제되고, 슬리브(70)의 제3 개구부(72c)가 스풀(74)의 제1 홈부(78a)와 중첩되기 시작한다. 계속해서, 스풀(74)의 변위량이 c2가 되는 곳에서, 스풀(74)의 제3 랜드부(76c)에 의한 슬리브(70)의 제5 개구부(72e)의 폐쇄상태가 해제되고, 슬리브(70)의 제5 개구부(72e)가 스풀(74)의 제2 홈부(78b)와 중첩되기 시작한다.
슬리브(70)의 제3 개구부(72c)가 스풀(74)의 제1 홈부(78a)와 중첩됨으로써, 유체압 실린더(36)의 일측 압력실(36a)에 접속된 제2 포트(20b)가 유체 배출구에 접속된 제3 포트(20c)에 연결된다. 또, 슬리브(70)의 제5 개구부(72e)가 스풀(74)의 제2 홈부(78b)와 중첩됨으로써, 유체압 실린더(36)의 타측 압력실(36b)에 접속된 제4 포트(20d)가 유체 공급원에 접속된 제5 포트(20e)에 연결된다.
이 경우, 제5 개구부(72e)가 제2 홈부(78b)와 중첩되는 X방향의 길이는, 제3 개구부(72c)가 제1 홈부(78a)와 중첩되는 X방향의 길이보다 작으므로(도시생략), 유체 공급원으로부터 타측 압력실(36b)을 향하여 흐르는 유로의 유효면적은, 일측 압력실(36a)로부터 유체 배출구를 향하여 흐르는 유로의 유효면적보다 작다. 이 때문에, 타측 압력실(36b)에 유체를 공급함과 함께 일측 압력실(36a)로부터 유체를 배출할 때에, 공급하는 유체의 유량을 감소시키는 미터-인 제어가 행해진다.
본 실시형태에서는, 스풀(74)의 중립위치에 있어서, 랩 길이(d1)가 랩 길이(c1)보다 작고, 또한, 랩 길이(d2)가 랩 길이(c2)보다 작아지도록 설정하였지만, 미터-아웃 제어를 행하는 경우에는, 이 대소 관계를 반대로 설정하면 된다. 또, 본 실시형태에서는, 유체 공급원을 제1 포트(20a) 및 제5 포트(20e)에 접속함과 함께 유체 배출구를 제3 포트(20c)에 접속하였지만, 유체 공급원을 제3 포트(20c)에 접속함과 함께 유체 배출구를 제1 포트(20a) 및 제5 포트(20e)에 접속하도록 변경하면, 미터-아웃 제어를 행할 수 있다.
본 실시형태에 따른 서보 밸브에 의하면, 스풀(74)의 중립위치에 있어서의 랜드부와 서로 인접하는 2개의 개구부 간의 슬리브(70)의 내벽면과의 사이의 랩 길이가 정교하게 설정되었으므로, 서보 밸브 단독으로 미터-아웃 제어 또는 미터-인 제어를 행할 수 있다.
(제3 실시형태)
다음에, 본 발명의 제3 실시형태에 따른 서보 밸브에 대해, 도 11 내지 도 13을 참조하면서 설명한다. 제3 실시형태에서는, 중립위치에 있어서의 랩 길이의 관계가 제1 실시형태와 다른 것 외에도 슬리브의 개구부의 형상이 제1 실시형태와 다르다. 또한, 슬리브와 스풀을 제외한 구성요소에 대해서는, 제1 실시형태에 따른 서보 밸브(10)의 구성요소와 그 참조부호를 적절히 이용하여 설명한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 스풀(84)이 중립위치에 있을 때, 슬리브(80)의 제2 개구부(82b)는, 스풀(84)의 제2 랜드부(86b)에 의해 폐쇄되고, 슬리브(80)의 제4 개구부(82d)는, 스풀(84)의 제3 랜드부(86c)에 의해 폐쇄되어 있다.
스풀(84)의 중립위치에 있어서, 제2 랜드부(86b)가 제1 개구부(82a)와 제2 개구부(82b)와의 사이의 슬리브(80)의 내벽면에 접촉하는 랩 길이는, 제3 랜드부(86c)가 제3 개구부(82c)와 제4 개구부(82d)와의 사이의 슬리브(80)의 내벽면에 접촉하는 랩 길이와 동일하다. 또, 스풀(84)의 중립위치에 있어서, 제3 랜드부(86c)가 제4 개구부(82d)와 제5 개구부(82e)와의 사이의 슬리브(80)의 내벽면에 접촉하는 랩 길이는, 제2 랜드부(86b)가 제2 개구부(82b)와 제3 개구부(82c)와의 사이의 슬리브(80)의 내벽면에 접촉하는 랩 길이와 동일하다.
제2 개구부(82b)를 직경방향으로 본 형상은, 밑변이 X1방향 단부에 위치함과 함께 이것과 대향하는 꼭지점이 X2방향 단부에 위치하는 삼각형상이며, 제4 개구부(82d)를 직경방향으로 본 형상은, 밑변이 X2방향 단부에 위치함과 함께 이것과 대향하는 꼭지점이 X1방향 단부에 위치하는 삼각형상이다. 제4 개구부(82d)의 형상은, 제2 개구부(82b)의 형상을 X방향으로 반전시킨 것이다.
한편, 제1 개구부(82a), 제3 개구부(82c) 및 제5 개구부(82e)를 직경방향으로 본 형상은, 모두 동일한 직사각 형상이며, 그 폭은, X방향을 따라 일정하고, 제2 개구부(82b) 및 제4 개구부(82d)의 최대폭인 상기 삼각형의 밑변의 길이와 대략 동일하다. 본 실시형태에서는, 제2 개구부(82b) 및 제4 개구부(82d)를 삼각형상으로 하고 있지만, 제2 개구부(82b) 및 제4 개구부(82d)의 형상은, X1방향과 X2방향으로 비대칭인 형상을 X방향으로 서로 반전시킨 것이라면 되고, 바람직하게는, X1방향으로 폭이 점차 증가하는 형상과 X2방향으로 폭이 점차 증가하는 형상의 조합으로 하는 것이 좋다.
제1 개구부(82a)가 유체 공급원에 접속되고, 제2 개구부(82b)가 유체압 실린더(36)의 일측 압력실(36a)에 접속되고, 제3 개구부(82c)가 유체 배출구에 접속되고, 제4 개구부(82d)가 유체압 실린더(36)의 타측 압력실(36b)에 접속되고, 제5 개구부(82e)가 유체 공급원에 접속되어 있는 것으로 하여, 이하, 제3 실시형태에 따른 서보 밸브의 작용을 설명한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 스풀(84)이 X1방향으로 소정 이상 변위하였을 때, 슬리브(80)의 제2 개구부(82b)가 스풀(84)의 제2 홈부(88b)와 중첩되는 X방향 길이(e1)는, 슬리브(80)의 제4 개구부(82d)가 스풀(84)의 제3 홈부(88c)와 중첩되는 X방향 길이(e2)와 동일하다. 그렇지만, 제2 개구부(82b)가 그 삼각형의 꼭지점 쪽에서 제2 홈부(88b)와 중첩되는 면적(S1)은, 제4 개구부(82d)가 그 삼각형의 밑변 쪽에서 제3 홈부(88c)와 중첩되는 면적(S2)보다 작다. 따라서, 일측 압력실(36a)로부터 유체 배출구를 향하여 흐르는 유로의 유효면적은, 유체 공급원으로부터 타측 압력실(36b)을 향하여 흐르는 유로의 유효면적보다 작고, 미터-아웃 제어가 행해진다.
도 13에 도시된 바와 같이, 스풀(84)이 X2방향으로 소정 이상 변위하였을 때, 슬리브(80)의 제4 개구부(82d)가 스풀(84)의 제2 홈부(88b)와 중첩되는 X방향 길이(e3)는, 슬리브(80)의 제2 개구부(82b)가 스풀(84)의 제1 홈부(88a)와 중첩되는 X방향 길이(e4)와 동일하다. 그렇지만, 제4 개구부(82d)가 그 삼각형의 꼭지점 쪽에서 제2 홈부(88b)와 중첩되는 면적(S3)은, 제2 개구부(82b)가 그 삼각형의 밑변 쪽에서 제1 홈부(88a)와 중첩되는 면적(S4)보다 작다. 따라서, 타측 압력실(36b)로부터 유체 배출구를 향하여 흐르는 유로의 유효면적은, 유체 공급원으로부터 일측 압력실(36a)을 향하여 흐르는 유로의 유효면적보다 작고, 미터-아웃 제어가 행해진다. 또한, 도 12 및 도 13에 있어서, 제2 개구부(82b) 및 제4 개구부(82d)의 소정의 영역에 사선이 표시되어 있는 것은, 이들 영역이 스풀(84)에 의해 막힌 상태에 있는 것을 나타낸다.
여기서, 스풀(84)의 X1방향의 최대 변위량은, 제2 개구부(82b) 전체가 제2 홈부(88b)와 중첩됨과 함께 제4 개구부(82d) 전체가 제3 홈부(88c)와 중첩되지 않는 범위에서 설정된다. 그와 같이 중첩되는 경우에는, 일측 압력실(36a)로부터 유체 배출구를 향하여 흐르는 유로의 유효면적이 유체 공급원으로부터 타측 압력실(36b)을 향하여 흐르는 유로의 유효면적과 동일한 크기가 되어 버리기 때문이다. 마찬가지로, 스풀(84)의 X2방향의 최대 변위량은, 제2 개구부(82b) 전체가 제1 홈부(88a)와 중첩됨과 함께 제4 개구부(82d) 전체가 제2 홈부(88b)와 중첩되지 않는 범위에서 설정된다.
본 실시형태에서는, 제2 개구부(82b)를 밑변이 X1방향 단부에 위치하는 삼각형상으로 하고, 제4 개구부(82d)를 밑변이 X2방향 단부에 위치하는 삼각형상으로 했지만, 제2 개구부(82b)를 밑변이 X2방향 단부에 위치하는 삼각형상으로 하고, 제4 개구부(82d)를 밑변이 X1방향 단부에 위치하는 삼각형상으로 하면, 미터-인 제어를 행할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는, 유체 공급원을 제1 포트(20a) 및 제5 포트(20e)에 접속함과 함께 유체 배출구를 제3 포트(20c)에 접속하였지만, 유체 공급원을 제3 포트(20c)에 접속함과 함께 유체 배출구를 제1 포트(20a) 및 제5 포트(20e)에 접속하도록 변경하면, 미터-인 제어를 행할 수 있다.
본 실시형태에 따른 서보 밸브에 의하면, 슬리브(80)의 개구부의 형상을 정교하게 형성하였으므로, 서보 밸브 단독으로 미터-아웃 제어 또는 미터-인 제어를 행할 수 있다.
(제4 실시형태)
다음에, 본 발명의 제4 실시형태에 따른 서보 밸브에 대해, 도 14 내지 도 16을 참조하면서 설명한다. 제4 실시형태에서는, 중립위치에 있어서의 랩 길이의 관계가 제2 실시형태와 다른 것 외에도 슬리브의 개구부의 형상이 제2 실시형태와 다르다. 또한, 슬리브와 스풀을 제외한 구성요소에 대해서는, 제1 실시형태에 따른 서보 밸브(10)의 구성요소와 그 참조부호를 적절히 이용하여 설명한다.
도 14에 도시된 바와 같이, 스풀(94)이 중립위치에 있을 때, 슬리브(90)의 제1 개구부(92a), 제3 개구부(92c) 및 제5 개구부(92e)는, 각각 스풀(94)의 제1 랜드부(96a), 제2 랜드부(96b) 및 제3 랜드부(96c)에 의해 폐쇄되어 있다.
스풀(94)의 중립위치에 있어서, 제2 랜드부(96b)가 제3 개구부(92c)와 제4 개구부(92d)와의 사이의 슬리브(90)의 내벽면에 접촉하는 랩 길이는, 제1 랜드부(96a)가 제1 개구부(92a)와 제2 개구부(92b)와의 사이의 슬리브(90)의 내벽면에 접촉하는 랩 길이와 동일하다. 또, 스풀(94)의 중립위치에 있어서, 제2 랜드부(96b)가 제2 개구부(92b)와 제3 개구부(92c)와의 사이의 슬리브(90)의 내벽면에 접촉하는 랩 길이는, 제3 랜드부(96c)가 제4 개구부(92d)와 제5 개구부(92e)와의 사이의 슬리브(90)의 내벽면에 접촉하는 랩 길이와 동일하다.
제1 개구부(92a)를 직경방향으로 본 형상은, 밑변이 X1방향 단부에 위치함과 함께 이것과 대향하는 꼭지점이 X2방향 단부에 위치하는 삼각형상이며, 제5 개구부(92e)를 직경방향으로 본 형상은, 밑변이 X2방향 단부에 위치함과 함께 이것과 대향하는 꼭지점이 X1방향 단부에 위치하는 삼각형상이다. 제5 개구부(92e)의 형상은, 제1 개구부(92a)의 형상을 X방향으로 반전시킨 것이다.
한편, 제2 개구부(92b), 제3 개구부(92c) 및 제4 개구부(92d)를 직경방향으로 본 형상은, 모두 동일한 직사각 형상이며, 그 폭은, X방향을 따라 일정하고, 제1 개구부(92a) 및 제5 개구부(92e)의 최대폭인 상기 삼각형의 밑변의 길이와 대략 동일하다. 본 실시형태에서는, 제1 개구부(92a) 및 제5 개구부(92e)를 삼각형상으로 하고 있지만, 제1 개구부(92a) 및 제5 개구부(92e)의 형상은, X1방향과 X2방향으로 비대칭인 형상을 X방향으로 서로 반전시킨 것, 또는, X1방향과 X2방향으로 대칭인 동일한 형상의 것으로 하면 된다. 다만, 제1 개구부(92a) 및 제5 개구부(92e)의 폭은, 제3 개구부(92c)의 폭의 범위 내에 있는 것으로 할 필요가 있다.
제1 개구부(92a)가 유체 배출구에 접속되고, 제2 개구부(92b)가 유체압 실린더(36)의 일측 압력실(36a)에 접속되고, 제3 개구부(92c)가 유체 공급원에 접속되고, 제4 개구부(92d)가 유체압 실린더(36)의 타측 압력실(36b)에 접속되고, 제5 개구부(92e)가 유체 배출구에 접속되어 있는 것으로 하여, 이하, 제4 실시형태에 따른 서보 밸브의 작용을 설명한다.
도 15에 도시된 바와 같이, 스풀(94)이 X1방향으로 소정 이상 변위하였을 때, 슬리브(90)의 제1 개구부(92a)가 스풀(94)의 제1 홈부(98a)와 중첩되는 X방향 길이(e5)는, 슬리브(90)의 제3 개구부(92c)가 스풀(94)의 제2 홈부(98b)와 중첩되는 X방향 길이(e6)와 동일하다. 그렇지만, 제1 개구부(92a)가 그 삼각형의 꼭지점 쪽에서 제1 홈부(98a)와 중첩되는 면적(S5)은, 일정폭의 제3 개구부(92c)가 제2 홈부(98b)와 중첩되는 면적(S6)보다 작다. 따라서, 일측 압력실(36a)로부터 유체 배출구를 향하여 흐르는 유로의 유효면적은, 유체 공급원으로부터 타측 압력실(36b)을 향하여 흐르는 유로의 유효면적보다 작고, 미터-아웃 제어가 행해진다.
도 16에 도시된 바와 같이, 스풀(94)이 X2방향으로 소정 이상 변위하였을 때, 슬리브(90)의 제5 개구부(92e)가 스풀(94)의 제2 홈부(98b)와 중첩되는 X방향 길이(e7)는, 슬리브(90)의 제3 개구부(92c)가 스풀(94)의 제1 홈부(98a)와 중첩되는 X방향 길이(e8)와 동일하다. 그렇지만, 제5 개구부(92e)가 그 삼각형의 꼭지점 쪽에서 제2 홈부(98b)와 중첩되는 면적(S7)은, 일정폭의 제3 개구부(92c)가 제1 홈부(98a)와 중첩되는 면적(S8)보다 작다. 따라서, 타측 압력실(36b)로부터 유체 배출구를 향하여 흐르는 유로의 유효면적은, 유체 공급원으로부터 일측 압력실(36a)을 향하여 흐르는 유로의 유효면적보다 작고, 미터-아웃 제어가 행해진다. 또한, 도 15 및 도 16에 있어서, 제1 개구부(92a), 제3 개구부(92c) 및 제5 개구부(92e)의 소정의 영역에 사선이 표시되어 있는 것은, 이들 영역이 스풀(94)에 의해 막힌 상태에 있는 것을 나타낸다.
본 실시형태에서는, 제1 개구부(92a)를 밑변이 X1방향 단부에 위치하는 삼각형상으로 하고, 제5 개구부(92e)를 밑변이 X2방향 단부에 위치하는 삼각형상으로 했지만, 제1 개구부(92a)를 밑변이 X2방향 단부에 위치하는 삼각형상으로 하고, 제5 개구부(92e)를 밑변이 X1방향 단부에 위치하는 삼각형상으로 하면, 미터-인 제어를 행할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는, 유체 공급원을 제3 포트(20c)에 접속함과 함께 유체 배출구를 제1 포트(20a) 및 제5 포트(20e)에 접속하였지만, 유체 공급원을 제1 포트(20a) 및 제5 포트(20e)에 접속함과 함께 유체 배출구를 제3 포트(20c)에 접속하도록 변경하면, 미터-인 제어를 행할 수 있다.
본 실시형태에 따른 서보 밸브에 의하면, 슬리브(90)의 개구부의 형상을 정료하게 형성하였으므로, 서보 밸브 단독으로 미터-아웃 제어 또는 미터-인 제어를 행할 수 있다.
(제5 실시형태)
다음에, 본 발명의 제5 실시형태에 따른 서보 밸브에 대해, 도 17 내지 도 19를 참조하면서 설명한다. 제5 실시형태에서는, 중립위치에 있어서의 랩 길이의 관계가 제2 실시형태와 다른 것 외에도 슬리브의 개구부의 형상이 제2 실시형태와 다르다. 또한, 슬리브와 스풀을 제외한 구성요소에 대해서는, 제1 실시형태에 따른 서보 밸브(10)의 구성요소와 그 참조부호를 적절히 이용하여 설명한다.
도 17에 도시된 바와 같이, 스풀(104)이 중립위치에 있을 때, 슬리브(100)의 제1 개구부(102a), 제3 개구부(102c) 및 제5 개구부(102e)는, 각각 스풀(104)의 제1 랜드부(106a), 제2 랜드부(106b) 및 제3 랜드부(106c)에 의해 폐쇄되어 있다.
스풀(104)의 중립위치에 있어서, 제2 랜드부(106b)가 제3 개구부(102c)와 제4 개구부(102d)와의 사이의 슬리브(100)의 내벽면에 접촉하는 랩 길이는, 제1 랜드부(106a)가 제1 개구부(102a)와 제2 개구부(102b)와의 사이의 슬리브(100)의 내벽면에 접촉하는 랩 길이와 동일하다. 또, 스풀(104)의 중립위치에 있어서, 제2 랜드부(106b)가 제2 개구부(102b)와 제3 개구부(102c)와의 사이의 슬리브(100)의 내벽면에 접촉하는 랩 길이는, 제3 랜드부(106c)가 제4 개구부(102d)와 제5 개구부(102e)와의 사이의 슬리브(100)의 내벽면에 접촉하는 랩 길이와 동일하다.
제3 개구부(102c)를 직경방향으로 본 형상은, X1방향과 X2방향으로 대칭인 마름모 형상, 다시 말해서, 대각선 중 하나가 X방향을 따르도록 배치된 마름모 형상이다. 한편, 제1 개구부(102a), 제2 개구부(102b), 제4 개구부(102d) 및 제5 개구부(102e)를 직경방향으로 본 형상은, 모두 동일한 직사각 형상이며, 그 폭은, X방향을 따라 일정하고, 제3 개구부(102c)의 최대폭인 상기 마름모 형상의 대각선 중 다른 하나의 길이와 대략 동일하다. 본 실시형태에서는, 제3 개구부(102c)의 형상을 마름모 형상으로 하고 있지만, X1방향과 X2방향으로 대칭인 형상이며, 또한, 그 폭이 직사각 형상의 제1 개구부(102a) 및 제5 개구부(102e)의 폭의 범위 내에 들어가는 것이라면, 어떠한 형상이라도 좋다.
제1 개구부(102a)가 유체 공급원에 접속되고, 제2 개구부(102b)가 유체압 실린더(36)의 일측 압력실(36a)에 접속되고, 제3 개구부(102c)가 유체 배출구에 접속되고, 제4 개구부(102d)가 유체압 실린더(36)의 타측 압력실(36b)에 접속되고, 제5 개구부(102e)가 유체 공급원에 접속되어 있는 것으로 하여, 이하, 제5 실시형태에 따른 서보 밸브의 작용을 설명한다.
도 18에 도시된 바와 같이, 스풀(104)이 X1방향으로 소정 이상 변위하였을 때, 슬리브(100)의 제3 개구부(102c)가 스풀(104)의 제2 홈부(108b)와 중첩되는 X방향 길이(e9)는, 슬리브(100)의 제1 개구부(102a)가 스풀(104)의 제1 홈부(108a)와 중첩되는 X방향 길이(e10)와 동일하다. 그렇지만, 제3 개구부(102c)가 그 마름모 형상의 X2방향의 꼭지점 쪽에서 제2 홈부(108b)와 중첩되는 면적(S9)은, 일정폭의 제1 개구부(102a)가 제1 홈부(108a)와 중첩되는 면적(S10)보다 작다. 따라서, 타측 압력실(36b)로부터 유체 배출구를 향하여 흐르는 유로의 유효면적은, 유체 공급원으로부터 일측 압력실(36a)을 향하여 흐르는 유로의 유효면적보다 작고, 미터-아웃 제어가 행해진다.
도 19에 도시된 바와 같이, 스풀(104)이 X2방향으로 소정 이상 변위하였을 때, 슬리브(100)의 제3 개구부(102c)가 스풀(104)의 제1 홈부(108a)와 중첩되는 X방향 길이(e11)는, 슬리브(100)의 제5 개구부(102e)가 스풀(104)의 제2 홈부(108b)와 중첩되는 X방향 길이(e12)와 동일하다. 그렇지만, 제3 개구부(102c)가 그 마름모 형상의 X1방향의 꼭지점 쪽에서 제1 홈부(108a)와 중첩되는 면적(S11)은, 일정폭의 제5 개구부(102e)가 제2 홈부(108b)와 중첩되는 면적(S12)보다 작다. 따라서, 일측 압력실(36a)로부터 유체 배출구를 향하여 흐르는 유로의 유효면적은, 유체 공급원으로부터 타측 압력실(36b)을 향하여 흐르는 유로의 유효면적보다 작고, 미터-아웃 제어가 행해진다. 또한, 도 18 및 도 19에 있어서, 제1 개구부(102a), 제3 개구부(102c) 및 제5 개구부(102e)의 소정의 영역에 사선이 표시되어 있는 것은, 이들 영역이 스풀(104)에 의해 막힌 상태에 있는 것을 나타낸다.
본 실시형태에서는, 유체 공급원을 제1 포트(20a) 및 제5 포트(20e)에 접속함과 함께 유체 배출구를 제3 포트(20c)에 접속하였지만, 유체 공급원을 제3 포트(20c)에 접속함과 함께 유체 배출구를 제1 포트(20a) 및 제5 포트(20e)에 접속하도록 변경하면, 미터-인 제어를 행할 수 있다.
본 실시형태에 따른 서보 밸브에 의하면, 슬리브(100)의 개구부의 형상을 정교하게 형성하였으므로, 서보 밸브 단독으로 미터-아웃 제어 또는 미터-인 제어를 행할 수 있다.
본 발명에 따른 서보 밸브는, 상술한 실시형태에 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 구성을 채택할 수 있는 것은 물론이다.
10: 서보 밸브, 22, 70, 80, 90, 100: 슬리브, 24a: 제1 개구부, 24b: 제2 개구부, 24c: 제3 개구부, 24d: 제4 개구부, 24e: 제5 개구부, 28, 74, 84, 94, 104: 스풀, 30a: 제1 랜드부, 30b: 제2 랜드부, 30c: 제3 랜드부, 30d: 제4 랜드부, 32a: 제1 홈부, 32b: 제2 홈부, 32c: 제3 홈부, 36: 유체압 실린더, 36a: 일측 압력실, 36b: 타측 압력실.

Claims (12)

  1. 유체압 실린더(36)의 일측 압력실(36a) 및 타측 압력실(36b)에 공급 및 배출하는 유체의 유량을 제어하는 서보 밸브(10)로서,
    복수의 개구부(24a - 24e, 72a - 72e, 82a - 82e, 92a - 92e, 102a - 102e)를 가지는 슬리브(22, 70, 80, 90, 100) 및 상기 슬리브의 내측에 배치되는 스풀(28, 74, 84, 94, 104)을 구비하며, 상기 스풀에는 복수의 랜드부(30a - 30d, 76a - 76c, 86a - 86d, 96a - 96c, 106a - 106c)와 복수의 홈부(32a - 32c, 78a - 78b, 88a - 88c, 98a - 98b, 108a - 108b)가 설치되며, 상기 스풀의 변위에 의해 상기 일측 압력실 또는 상기 타측 압력실을 유체 공급원에 접속하는 유로를 구성하는 상기 복수의 개구부 중 하나 및 상기 복수의 홈부 중 하나가 서로 중첩되는 위치에서의 제1 유로 면적이, 상기 스풀의 해당 변위에 의해 상기 타측 압력실 또는 상기 일측 압력실을 유체 배출구에 접속하는 유로를 구성하는 상기 복수의 개구부 중 다른 하나 및 상기 복수의 홈부 중 다른 하나가 서로 중첩되는 위치에서의 제2 유로 면적과는 상이한 크기인 서보 밸브.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 유로 면적이 상기 제1 유로 면적보다 작은 서보 밸브.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 유로 면적이 상기 제2 유로 면적보다 작은 서보 밸브.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 유로 면적과 상기 제2 유로 면적과의 차이는, 상기 스풀(28, 74)의 중립위치에 있어서 상기 랜드부(30b - 30c, 76a - 76c)가 서로 인접하는 2개의 상기 개구부(24a - 24e, 72a - 72e) 간의 상기 슬리브(22, 70)의 내벽면에 접촉하는 복수의 랩 길이 중 소정의 2개의 랩 길이의 차이에 근거하는 서보 밸브.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 유로 면적과 상기 제2 유로 면적과의 차이는, 상기 복수의 개구부(82a - 82e) 중 소정의 개구부(82b, 82d)의 형상이 상기 스풀(84)이 이동하는 방향의 양측에서 비대칭의 형상인 것에 근거하는 서보 밸브.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 소정의 개구부의 형상이 삼각형상인 서보 밸브.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 유로 면적과 상기 제2 유로 면적과의 차이는, 상기 복수의 개구부(92a - 92e, 102a - 102e) 중 소정의 개구부(92a, 92e, 102c)가 다른 소정의 개구부(92c, 102a, 102e)의 폭의 범위 내에 들어가는 형상인 것에 근거하는 서보 밸브.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬리브에는 제1 개구부 내지 제5 개구부가 설치되고, 상기 제1 개구부 및 상기 제5 개구부는 상기 유체 공급원에 접속되고, 상기 제2 개구부는 상기 유체압 실린더의 상기 일측 압력실에 접속되고, 상기 제3 개구부는 상기 유체 배출구에 접속되고, 상기 제4 개구부는 상기 유체압 실린더의 상기 타측 압력실에 접속되는 서보 밸브.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬리브에는 제1 개구부 내지 제5 개구부가 설치되고, 상기 제1 개구부 및 상기 제5 개구부는 상기 유체 배출구에 접속되고, 상기 제2 개구부는 상기 유체압 실린더의 상기 일측 압력실에 접속되고, 상기 제3 개구부는 상기 유체 공급원에 접속되고, 상기 제4 개구부는 상기 유체압 실린더의 상기 타측 압력실에 접속되는 서보 밸브.
  10. 청구항 8 또는 9에 있어서,
    상기 스풀에는, 제1 랜드부 내지 제4 랜드부가 설치되고, 상기 스풀의 중립위치에 있어서, 상기 슬리브의 상기 제2 개구부는 상기 스풀의 상기 제2 랜드부에 의해 폐쇄되고, 상기 슬리브의 상기 제4 개구부는 상기 스풀의 상기 제3 랜드부에 의해 폐쇄되는 서보 밸브.
  11. 청구항 8 또는 9에 있어서,
    상기 스풀에는, 제1 랜드부 내지 제3 랜드부가 설치되고, 상기 스풀의 중립위치에 있어서, 상기 슬리브의 상기 제1 개구부는 상기 스풀의 상기 제1 랜드부에 의해 폐쇄되고, 상기 슬리브의 상기 제3 개구부는 상기 스풀의 상기 제2 랜드부에 의해 폐쇄되고, 상기 슬리브의 상기 제5 개구부는 상기 스풀의 상기 제3 랜드부에 의해 폐쇄되는 서보 밸브.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 스풀의 목표위치는 소정의 복수의 위치로 설정되는 서보 밸브.
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