JPH0533877A

JPH0533877A - 切換弁

Info

Publication number: JPH0533877A
Application number: JP3187928A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Yamashita; 茂山下
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1991-07-26
Filing date: 1991-07-26
Publication date: 1993-02-09

Abstract

(57)【要約】【目的】比例制御を行うことができる安価、小形でか
つ軽量で、構造が簡単な切換弁を提供する。【構成】スプール８を目標位置に移動させるべく超音
波モータドラバ25に指令を与え、超音波モータ15を駆動
する。このとき、スプール８の位置を差動トランス16に
より検出し、この差動トランス16からの出力を超音波モ
ータドライバ25にフィードバックする。これによりスプ
ール８を目標位置に正確に移動させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液圧機械、建設機械、産
業車両、特殊車両などに用いられる切換弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】第３図に従来の切換弁の一例を示す。本
切換弁はパイロット式の電磁切換弁であり、弁本体２に
は液圧源に連通する高圧ポート４、２か所の出口側ポー
ト５、６、タンクポート７が設けられ、これらのポ−ト
はスプール８が摺動するスリーブ９に開口している。ス
プール８のランド部10上、６箇所に切換部11Ｌ、11Ｒ、
12、13、14Ｌ、14Ｒが設けてある。そして、スプール８
が右に摺動すると、切換部11Ｒを通して高圧ポート４と
出口側ポート５が連通し、切換部14Ｒを通してタンクポ
ート７と出口側ポート６が連通し、出口側ポート５に高
圧の液体が流れ、出口側ポート６内の液体はタンクに排
出される。スプール８が左に摺動すると、切換部14Ｌを
通して高圧ポート４と出口側ポート６が連通し、切換部
11Ｌを通してタンクポート７と出口側ポート５が連通
し、出口側ポート６に高圧の液体が流れ、出口側ポート
５内の液体はタンクに排出される。

【０００３】スプール８の操作は電磁操作弁ユニット42
を用いて行われる。電磁操作弁ユニット42は、スプール
８の一端に連結されたピストン43、ピストン43により左
右に隔離されるシリンダ室44、45、シリンダ室44、45内
にパイロット圧力通路46からの高圧の液体を導入した
り、シリンダ室44、45内の液体をパイロットドレン通路
47に排出するための一対のパイロット用電磁弁48、49に
より構成されている。

【０００４】スプール８を左に動かす場合、パイロット
用電磁弁48の励磁を解除し、パイロット用電磁弁49を励
磁する。すると、パイロット用電磁弁49のニードル50が
後退し、ポペット51の先端の通路を通って、パイロット
圧力通路46から導入された高圧の液体がシリンダ室45に
流入し、ピストン43が左方に押され、スプール８も左方
に移動する。シリンダ室44からピストン43により押し出
された液体は、パイロットドレン通路47を通ってタンク
ポート７に排出される。スプール８を右に動かす場合
は、パイロット用電磁弁48を励磁し、パイロット用電磁
弁47の励磁を解除することにより、同様にして動作させ
ることができる。

【０００５】また、上記のほかにスプールをソレノイド
により直接動かすソレノイド直動式電磁切換弁や、流路
の単なる切換えではなく、指令電圧あるいは電流に比例
した流量を得るために、比例ソレノイドバルブを用いた
比例制御弁がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のパイ
ロット式電磁切換弁は構造が複雑であり、またパイロッ
ト圧力を必要とするため別置の液圧源もしくは、主液圧
回路から分流するためのバルブが必要であった。また、
ソレノイド直動式電磁切換弁は、スプールを操作するの
に非常に大きい電磁力を必要とするため、装置が大型化
するとともに大容量のバルブには使用できなかった。ま
た、比例制御弁は高価であり、電流値と吸引力に比例関
係を持たせるため、発生した磁束の一部を漏らす構造に
なっており、エネルギーの消費が大きい。本発明の切換
弁は上記の課題を解決するために創案されたものであ
り、比例制御を行うことができる、安価、小形で軽量な
切換弁を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の切換弁は、スプ
ールを駆動する超音波モータと、前記スプールの位置を
検出する位置センサと、前記位置センサからの出力を、
前記超音波モータの駆動信号にフィードバックするフィ
ードバック手段を備え、前記超音波モータの駆動によ
り、切換弁の流路切換動作や流量制御動作を行わせるよ
うにした。

【０００８】

【作用】スプールを所定の位置に移動させることによ
り、連通するポートと、その流路抵抗が変化するので、
流体の流路や流量が変化する。その際、スプールの位置
を位置センサにより検出し、位置センサからの出力を超
音波モータの駆動信号にフィードバックするので、スプ
ールが目標位置に正確に移動する。このようにして、流
路の単なる切換えだけでなく、正確な比例制御が可能と
なる。

【０００９】

【実施例】第１図に本発明の切換弁の一実施例を示す。
本切換弁１は弁本体２とスプール駆動部３から成り、弁
本体２には液圧源に連通する高圧ポート４、２か所の出
口側ポート５、６、タンクポート７が設けられ、これら
のポ−トはスプール８が摺動するスリーブ９に開口して
いる。スプール８のランド部10上の４箇所には切換部11
Ｌ、11Ｒ、12、13、14Ｌ、14Ｒが設けてある。スプール
駆動部３は超音波モータ15と差動トランス16により構成
され、差動トランスのコア17をスプール８の一端に連結
し、スプール８が変位すると、差動トランス16の出力が
変化し、スプール８の変位が検出できるようになってい
る。

【００１０】18は公知のスプリングセンタ機構であり、
スプール８が貫通する２枚のリテ−ナ20、21によって両
端が係止される圧縮コイルばね19により構成され、スプ
ール８を操作しない、あるいは停電によりスプール８の
操作が不能になった時などに、出口側ポート５、６から
液体が流出しない中立位置にスプールを速やかに移動さ
せる。

【００１１】超音波モータ15の基本構造を第２図に示
す。超音波モータ15は、圧電セラミック列22に弾性体で
ある振動体23を貼り合わせたものを駆動部とし、スプー
ル８に摩擦材24を貼り合わせたものを被動部としてい
る。そして、圧電セラミック列22を形成する個々の圧電
セラミックに順次電圧を印加することにより、振動体23
に進行波が発生し、この進行波と逆方向に摩擦材24が移
動し、スプール８が移動する。

【００１２】スプール８の駆動回路を第３図に示す。ス
プール８をある目標位置ｘに移動させる場合、超音波モ
ータドライバ25に指令値ｒを与える、超音波モータドラ
イバ25からは超音波モータ15を所定量だけ駆動する信号
が出力されるが、スプール８には圧縮コイルばね19のば
ね力や流体力が作用するので実際のスプール８の移動量
は目標値と異なる。そこで、このスプール８の位置を差
動トランス16により検出し、この差動トランス16からの
出力をフィードバックした信号を、指令値ｒに重畳して
超音波モータドライバ20を駆動する。これにより、スプ
ール８は目標位置ｘに正確に移動される。

【００１３】次に本実施例の切換弁の流量制御動作を説
明する。本実施例のようなスプール式の切換弁は、切換
部とポートの開度により液体が絞られるので、切換部と
ポートの開度を変化させることにより、出口側ポートか
ら流出する液体の流量を変化させることができる。した
がって、出口側ポートから流出する液体の流量とスプー
ル８のストロークと、超音波モータドライバ20に与える
指令値の関係がわかっていれば、超音波モータドライバ
25に所定の指令値を与えることにより、出口側ポートか
ら所定量の液体を流出させることができる。これによ
り、比例制御弁が実現する。

【００１４】例えば、出口側ポート５から目標流量ｑ₀
の液体を流出させたい場合、スプール８を中立位置から
目標位置ｘ₀まで右行させるべく超音波モータドライバ
25に指令値ｒ₀を与える。すると、超音波モータドライ
バ25は超音波モータ15を駆動し、スプール８が右行す
る。このときスプール８の位置を差動トランス16により
検出し、この差動トランス16からの出力をフィードバッ
クした信号を指令値ｒ₀に重畳して超音波モータドライ
バ20を駆動する。スプールが目標位置ｘ₀に移動する
と、出口側ポート５と高圧ポート４が切換部11Ｒを介し
て所定の開度で連通するので目標流量ｑ₀の液体が出口
側ポート５から流出する。このとき、出口側ポート６と
タンクポート７が所定の開度で連通するので、出口側ポ
ート６からの液体はタンクに排出される。

【００１５】同様にして出口側ポート６から目標流量の
液体を流出させる場合は、出口側ポート６と高圧ポート
４が切換部11を介して所定の開度で連通するような位置
に、スプール８を中立位置から左行させるべく、超音波
モータドライバ20を駆動させれば良い。

【００１６】以上、本実施例の切換弁を流量制御動作さ
せる場合を説明したが、単なる流路切換動作をさせる場
合は、高圧ポート４と、出口側ポート５、６とが切換部
11Ｒ、14Ｌを介して連通する際の開度が等しくなるよう
なスプール位置ｘ₁、ｘ₂にスプール８を移動させる指
令置ｒ₁、ｒ₂を図示しないＣＰＵやアナログ回路素子
に記憶させておき、流路切換の際に図示しないスイッチ
等で前記ＣＰＵやアナログ回路素子を動作させれば良
い。また、超音波モータ駆動回路をオフにし、手動でス
プール８を操作して流路切換を行っても良い。

【００１７】なお、本実施例の切換弁は、弁本体が手動
操作弁と同一であり、スプール駆動部が別体なので、従
来の流路切換動作のみの手動操作弁にスプール駆動部を
追加するという改造により比例制御弁が実現できるので
コストダウンにつながる。また、本実施例では位置セン
サとして差動トランスを用いたが、電気的な出力が得ら
れる位置センサであればどのようなものを用いても構わ
ない。また、本実施例ではスライドスプール式の切換弁
を用いたが、ロータリースプール式の切換弁を用いて、
超音波モータとして回転式のものを用いることも可能で
ある。

【００１８】

【発明の効果】本発明の切換弁は上記のような構成をし
ているので次のような効果を有する。すなわち、パイロ
ット圧力が不要なためパイロット通路や余分な電磁弁が
不要になり構造が簡単で小型化することができる。ま
た、超音波モータを用いてスプールを駆動し、スプール
の位置を位置センサにより検出し、位置センサよりの信
号を超音波モータにフィードバックするので、従来の比
例電磁弁のようなエネルギーロスが少なく、簡単で安価
な比例制御弁が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の切換弁の一実施例の縦断面図である。

【図２】本発明の切換弁の一実施例に用いられる超音波
モータの動作原理を示す図である。

【図３】本発明の切換弁の一実施例に用いられる超音波
モータの駆動回路を示す図である。

【図４】従来の切換弁の縦断面図である。

【符号の説明】

１：切換弁８：スプール 15：超音
波モータ 16：差動トランス

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】スプールの位置を変化させることによ
り、流体の流路や流量を変化させる切換弁において、前
記スプールを駆動する超音波モータと、前記スプールの
位置を検出する位置センサと、前記位置センサからの出
力を前記超音波モータの駆動信号にフィードバックする
フィードバック手段を有することを特徴とする切換弁。