JPH11230401A - 比例電磁式方向流量制御弁及びその制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 作動液中の異物の除去と大流量制御とを可能
にする。 【解決手段】 比例ソレノイド１５のプッシュロッド１
５ａに同動するフラッパ１６と、主弁スプール１３と一
体のノズル１４とからなるノズル・フラッパ機構を介し
て主弁スプール１３を駆動する制御弁のボディ１１に、
フラッパ１６の動きに追従して復帰方向（右方）へ復帰
する主弁スプール１３を復帰途中で係止することにより
ノズル１４とフラッパ１６との間に大きなギャップΔＺ
を形成するストッパ２７と、主弁スプール１３の移動位
置を検出する位置センサ２８とを設けるとともに、主弁
スプール１３を弁開放方向（左方）へ駆動する第１の受
圧面１３ａと復帰方向へ駆動する第２の受圧面１３ｂと
の面積比を５：２以上に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、比例電磁アクチ
ュエータの出力部材と同動するフラッパと、主弁スプー
ルと一体のノズルとからなるノズル・フラッパ機構を有
する比例電磁式方向流量制御弁及びその制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の比例電磁式方向流量制御
弁としては、例えば図８に示すようなノズル・フラッパ
位置追従形方向流量制御弁が知られている。これは、主
弁１のボディ１１の摺動孔１２内を軸線方向に摺動する
主弁スプール１３と一体のノズル１４が、比例電磁アク
チュエータである比例ソレノイド１５の出力部材として
のプッシュロッド１５ａに同動し、上記ノズル１４とと
もにパイロット部を構成するフラッパ１６に常時所定の
ギャップを保って変位するものであり、比例ソレノイド
１５のプッシュロッド１５ａのストロークは主弁スプー
ル１３のストロークと同一である。

【０００３】主弁スプール１３はスプリング１７によ
り、フラッパ１６はスプリング１８によりそれぞれ図で
右方に付勢され、フラッパ１６の位置決めはスプリング
１８の付勢力と比例ソレノイド１５の推力により決定さ
れる。主弁スプール１３の第１，第２の受圧面１３ａ，
１３ｂの受圧面積はほぼ２：１であり、第２の受圧面１
３ｂにはパイロット減圧弁１９を介してパイロット圧力
が直接加わり、第１の受圧面１３ａにはパイロット減圧
弁１９及び絞り１３ｃを経由してパイロット圧力が加わ
る。絞り１３ｃを通過した流体はノズル１４から噴出
し、ノズル・フラッパ室２０，ドレンラインＹを経由し
てタンクに戻る。

【０００４】このとき、ノズル背圧はパイロット圧力の
ほぼ１／２となって主弁スプール１３の位置決めが行わ
れ、その制御に用いられるコントローラ（図示しない）
は、スイッチの切換えによりオープンループ制御または
クローズドループ制御を行うことができる。図８中２１
は比例ソレノイド１５のアーマチュア１５ｂの移動を手
動にて行う手動プッシュロッド、２２は手動プッシュロ
ッド２１の零調整ねじであり、位置センサ付き弁の場合
は、これらに代えて位置センサが比例ソレノイド１５に
付属している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の比例電磁式方向流量制御弁にあっては、低域
までの制御性を良好にするため、入力が低い状態でノズ
ルとフラッパとの間を大きく開くことができなかった。
その結果、作動液中に比較的大きな異物が混入していて
もノズルとフラッパとの隙間から逃げ出すことができ
ず、繰り返し性能不良につながるおそれがあった。ま
た、スプール受圧面積比が２：１であるため、弁を開く
ときの駆動力に限界があり、大流量制御は流体力により
限界値が定められていた。

【０００６】さらに、弁の制御装置にあっては、コント
ローラのオープンループ制御とクローズドループ制御と
を手動により切り換えるようになっていたので、操作性
に問題があった。この発明は上記の点に鑑みてなされた
ものであり、作動液中の異物による繰り返し性能劣化を
防止するとともに、大流量制御を可能とする比例電磁式
方向流量制御弁及びその制御装置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】この発明は上記の目的を
達成するため、比例電磁アクチュエータの出力部材に同
動するフラッパと、主弁スプールと一体のノズルとから
構成されるノズル・フラッパ機構を介して上記出力部材
の動きを上記主弁スプールに伝える比例電磁式方向流量
制御弁において、上記フラッパの動きに追従して復帰方
向へ移動する上記主弁スプールを、その復帰途中で係止
するストッパと、上記主弁スプールの移動位置を検出す
る位置センサとを設けた比例電磁式方向流量制御弁を提
供するものである。

【０００８】そして、上記の比例電磁式方向流量制御弁
において、上記主弁スプールを弁開放方向へ駆動する第
１の受圧面と弁閉止方向へ駆動する第２の受圧面との面
積比を５：２以上に設定するのが好ましい。

【０００９】また、上記の比例電磁式方向流量制御弁の
制御装置であって、上記比例電磁式方向流量制御弁を制
御するアナログ入力のコントローラへの入力電圧が所定
値より小さいときはオープンループ制御に、上記所定値
より大きいときはクローズドループ制御に、自動的に切
り換えられるようにした比例電磁式方向流量制御弁の制
御装置も提供する。

【００１０】さらに、上記の比例電磁式方向流量制御弁
の制御装置であって、上記比例電磁式方向流量制御弁を
制御する設定器付きのコントローラへの複数の切換信号
がすべて入力されていないときはオープンループ制御
に、切換信号が入力されているときはクローズドループ
制御に、自動的に切り換えられるようにすることも可能
である。

【００１１】上記のような構成からなる比例電磁式方向
流量制御弁にあっては、その初期状態においてノズルと
フラッパとの間が大きく開くことにより、作動液中に万
一大きな異物が混入していても、流量制御時にノズル・
フラッパ間のギャップから流出させることができる。

【００１２】そして、上記の比例電磁式方向流量制御弁
において、主弁スプールの第１，第２の受圧面の面積比
を従来の２：１より大きく５：２以上に設定すると、主
弁スプールの弁開放方向への駆動力を増加させて流体力
へ対抗することができ、小形の弁で大流量の制御が可能
になる。

【００１３】また、上記の比例電磁式方向流量制御弁の
制御装置をアナログ入力のコントローラにより制御する
制御装置であって、上記コントローラへの入力電圧が所
定値より小さいときはオープンループ制御に、上記所定
値より大きいときはクローズドループ制御に、自動的に
切り換えられるようにすると、すべての制御領域で入力
と出力とをほぼ１：１にすることができ、入力に対する
制御流量特性上の不感帯をほぼなくすることができる。

【００１４】さらに、上記の比例電磁式方向流量制御弁
の制御装置を設定器付きのコントローラにより制御する
制御装置であって、切換信号がすべて入力されていない
ときはオープンループ制御に、上記切換信号が入力され
ているときはクローズドループ制御に、自動的に切り換
えられるようにすると、切り換えを一層簡単で高精度に
行うことが可能になる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面
に基づいて具体的に説明する。図１は、この発明の一実
施形態を示す側断面図であり、図８に対応する部分には
同一の符号を付して示し、その説明は省略する。

【００１６】この比例電磁式方向流量制御弁（以下「制
御弁」と略称する）１００は、主弁１のボディ１１の摺
動孔１２の図１で左端部に設けたドレン連通油室２３
を、ノズル・フラッパ室２０とともにドレンラインＹを
介してタンクに連通させ、上記ノズル・フラッパ室２０
とドレン連通油室２３の内側にそれぞれ第１，第２の油
室２４，２５を設けている。そして、第１の油室２４に
パイロット減圧弁１９及び絞り２６を介してパイロット
圧力を導入するとともに、第２の油室２５にパイロット
減圧弁１９のみを介してパイロット圧力を導入し、主弁
スプール１３の第１の受圧面１３ａの面積と第２の受圧
面１３ｂの面積比を５：２以上と従来より大きく設定す
る。

【００１７】また、摺動孔１２の右端側にストッパ２７
を設け、フラッパ１６の右行に追従してノズル１４と一
体の主弁スプール１３が復帰するとき、主弁スプール１
３の第１の受圧面１３ａがストッパ２７に当接してその
復帰が係止され、比例ソレノイド１５の入力がない状態
では、図示のようにノズル１４とフラッパ１６との間に
初期ギャップΔＺが形成されるようにストッパ２７の位
置を設定する。なお、ボディ１１に形成した環状溝１２
ｐ，１２ｔは入口ポートＰ，Ｔを介して一次側入力が入
力され、環状溝１２ａ，１２ｂは出口ポートＡ，Ｂを介
して二次側出力が出力され、ボディ１１の最左端側には
主弁スプール１３の移動位置を検出する位置センサ２８
が設けてある。

【００１８】この制御弁１００は上記のような構成から
なり、比例ソレノイド１５への入力電流が零である図１
の状態では、フラッパ１６はスプリング１８の付勢力に
より右行端にある。また、第１の油室２４内へ流入した
パイロット圧油は、ノズル１４の透孔１４ａを通ってノ
ズル・フラッパ室２０内へ流出し、ドレンラインＹへ排
出されるので、第１の油室２４内の油圧は、減圧弁１９
を介してパイロット圧油が供給される第２の油室２５内
の油圧よりはるかに低くなっている。

【００１９】そのため、主弁スプール１３は第２の油室
２５へ供給されるパイロット油圧により右行し、第１の
受圧面１３ａがストッパ２７に当接した位置で係止さ
れ、ノズル１４とフラッパ１６との間には従来より大き
な初期ギャップΔＺが形成され、作動液中に混入した大
きな異物を流れ出させることが可能になる。

【００２０】この状態から比例ソレノイド１５に通電す
ると、プッシュロッド１５ａを介してフラッパ１６が左
方に変位し、それに伴ってノズル１４とのギャップが挾
まってノズル背圧が上昇し、主弁スプール１３を左方へ
移行させる推力が発生する。このとき、主弁スプール１
３の受圧面積比を５：２とすれば、ノズル背圧がパイロ
ット圧力の４０％になる位置まで主弁スプール１３が左
行し、受圧面積比を３：１とすれば、ノズル背圧がパイ
ロット圧力の３３％となる位置まで主弁スプール１３が
左行する。

【００２１】すなわち、例えば主弁スプール１３の受圧
面積比を５：２とすることにより、受圧面積比が２：１
であった従来の制御弁に比して、ノズル背圧がパイロッ
ト圧力の５０％とすれば、駆動力が２５％増加して主弁
スプール１３を左方へ駆動する力はより強力になり、流
体力に対抗した大流量制御が可能になるとともに、スト
ッパ２７によるスプール１３の係止と相俟ってコンタミ
ネーション効果も向上する。

【００２２】次に図２は、上記の制御弁１００の制御シ
ンボル図、図３は、その基本構成図である。図２におい
て、コントローラ３は、入力信号と位置センサ２８から
の位置信号とを受けて比例ソレノイド１５に出力電流Ｉ
を供給する。その出力電流Ｉの大きさに比例して図１に
示したスプール１３が左行し、出口ポートＡ，Ｂから二
次側出力が出力されてアクチュエータとしてのシリンダ
４が駆動される。

【００２３】また、図３において、コントローラ３（図
２）から制御電流Ｉが比例ソレノイド１５に入力される
と、その電流Ｉに比例した推力が発生し、パイロット圧
力がノズル・フラッパ位置追従方式油圧増幅機構を構成
するパイロット部２に入力されると、流量制御部を構成
する主弁１の主弁スプール１３が移動して入口ポート
Ｐ，Ｔから流入する圧油を出口ポートＡ，Ｂからアクチ
ュエータであるシリンダ４（図２）へ供給する。このと
き、主弁スプール１３の移動位置は位置センサ２８から
センサ回路を通ってコントローラ３にフィードバックさ
れる。

【００２４】ところで、図１に示した制御弁１００にお
いては、比例ソレノイド１５への入力が大きいときは、
主弁スプール１３はフラッパ１６に追従して移動する
が、比例ソレノイド１５への入力が小さいときは主弁ス
プール１３はストッパ２７に係止されてフラッパ１６に
追従できなくなる。したがって、この制御弁１００を制
御するコントローラ３は、その入力電圧に対して通常は
主弁スプール１３の位置制御をクローズドループ制御と
するが、コントローラ３への入力電圧がきわめて小さい
ときは、コントローラ３が自動的にオープンループ制御
となり、ノズル１４とフラッパ１６の間が大きく開き得
るようにするのが好ましい。

【００２５】図４及び図５は、クローズドループ制御と
オープンループ制御とを自動的に切り換える制御装置の
構成を示すブロック図であり、図４は、アナログ入力の
コントローラを用いた場合、図５は、設定器付きのコン
トローラを用いた場合をそれぞれ示している。

【００２６】図４に示すアナログ入力の場合は、入力電
圧Ｖｉと微小電位からなる比較値Ｖｃがコンパレータ３
１に入力されると、切換出力Ａ又は／Ａが出力される
が、入力電圧Ｖｉが比較値Ｖｃより小さいときは、切換
出力Ａがハイで切換出力／Ａがロー、入力電圧Ｖｉが比
較値Ｖｃより大きいときは、切換出力Ａがローで切換出
力／Ａがハイになる。そして切換出力Ａがハイのときは
第１のアナログスイッチ３２がオン、第２のアナログス
イッチ３３がオフの状態にあり、切換出力／Ａがハイの
ときは第１のアナログスイッチ３２がオフ、第２のアナ
ログスイッチ３３がオンの状態にある。なお、切換出力
Ａの前の「／」は反転を意味し、図中ではオーバライン
を付して示してある。

【００２７】このようなアナログ入力のコントローラで
は、入力電圧Ｖｉが比較値Ｖｃより小さいときは、第１
のアナログスイッチ３２がオン、第２のアナログスイッ
チ３３がオフとなるので、主弁スプール１３の位置セン
サ２８からのフィードバック電圧Ｖｆには関係なく、入
力電圧Ｖｉは第１のアナログスイッチ３２，加算器３
４，電圧／電流変換器３５を介して、入力電圧Ｖｉのみ
に応じた出力電流Ｉが比例ソレノイド１５に入力され、
オープンループ制御となる。

【００２８】また、入力電圧Ｖｉが比較値Ｖｃより大き
いときは、第１のアナログスイッチ３２がオフ、第２の
アナログスイッチ３３がオンとなるので、入力電圧Ｖｉ
と、位置センサ２８からのフィードバック電圧Ｖｆとが
減算器３６に入力されてその差がとられ、その偏差が補
償回路３７で精度を高められ、第２のアナログスイッチ
３３，加算器３４，電圧／電流変換器３５を介して出力
電流Ｉが比例ソレノイド１５に入力され、クローズドル
ープ制御となる。

【００２９】次に、図５に示す設定器付きのコントロー
ラの場合は、設定器３８は複数例えば５チャンネルの設
定信号Ｓ１〜Ｓ５を設定することができ、入力側には５
チャンネルの切換信号Ｃ１〜Ｃ５が入力可能である。そ
して、５チャンネルの切換信号Ｃ１〜Ｃ５がすべて入力
されていないとき、アナログの切換出力Ａがハイ、／Ａ
がローとなり、切換信号Ｃ１〜Ｃ５信号が入っていると
き、切換出力Ａがロー、／Ａがハイとなる。なお、その
後の構成は図４と同様であり、前者の場合はオープンル
ープ制御、後者の場合はクローズドループ制御となる。

【００３０】図６の（ａ），（ｂ）は、この発明による
制御弁１００をオープンループ制御した場合の電流−流
量特性及び電流−主弁スプール位置制御特性を示す線
図、図７の（ａ），（ｂ）はクローズドループ制御した
場合の入力電圧−流量特性及び入力電圧−主弁スプール
位置制御特性を示す線図である。なお、図６の（ａ），
（ｂ）では、横軸に電流Ｉを、縦軸に流量Ｑ及び主弁ス
プール位置Ｓとフラッパ位置（一点鎖線）をとって示
し、図７の（ａ），（ｂ）では、横軸に入力電圧Ｖを、
縦軸に流量Ｑ及び主弁スプール位置Ｓとフラッパ位置
（一点鎖線）をとって示している。

【００３１】図６から分かるように、オープンループ制
御の場合には、流量Ｑは、電流Ｉが所定の値に達するま
で零で、その後はほぼ電流Ｉに比例して増加し、電流Ｉ
の減少時はややヒステリシス現象を生じて増加時とは別
の経路を描いて下降する。一方、主弁スプール位置Ｓは
電流Ｉにほぼ比例して主弁スプール１３の位置が変化す
る。

【００３２】また、図７に示すクローズドループ制御の
場合には、入力電圧Ｖが微小電位ΔＶ（例えばΔＶ／Ｖ
max＝０.００５）まではオープンループ制御であるの
で、流量Ｑは零であるがその後は入力電圧Ｖに比例して
増加し、電圧減少時にはヒステリシス現象を伴うことな
く流量Ｑが低下する。一方、主弁スプール位置Ｓは、入
力電圧Ｖが微小電位ΔＶまではオープンループ制御によ
り入力電圧Ｖにほぼ比例して増加するが、入力電圧Ｖが
微小電位ΔＶに達すると、オープンループ制御からクロ
ーズドループ制御に切り換えられるので、フラッパ位置
は瞬時にＳ１だけ移動し、その後は入力電圧Ｖに比例し
て変化する。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように、この発明の請求項１
記載の比例電磁式方向流量制御弁によれば、初期状態に
おいて大きく開いたノズルとフラッパの間から通常の作
動状態では通過できない作動液中に混入した大きな異物
を容易に流出させることができ、コンタミネーションを
向上させて繰り返し性能を良好に保つことが可能にな
る。

【００３４】請求項２記載の比例電磁式方向流量制御弁
によれば、上記の効果に加えて主弁スプールを弁開放方
向へ駆動する駆動力を増加させて流体力へ対抗させるこ
とができ、小形の弁で大流量の制御が可能になる。

【００３５】請求項３記載の比例電磁式方向流量制御弁
の制御装置によれば、クローズドループ制御とオープン
ループ制御とが入力電圧の大小により自動的に切り換え
られるので、入力と出力とが常にほぼ１：１になるよう
に制御することができ、入力に対する制御流量特性の不
感帯をなくすることが可能になる。請求項４記載の比例
電磁式方向流量制御弁の制御装置によれば、一層高精度
な制御の自動化が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による比例電磁式方向流量制御弁の一
実施形態を示す側断面図である。

【図２】同じくその制御装置の制御シンボル図である。

【図３】同じくその基本構成図である。

【図４】同じくその制御にアナログ入力のコントローラ
を用いた場合のオープンループ制御とクローズドループ
制御とを切り換える具体的回路の一例を示す回路図であ
る。

【図５】同じくその制御に設定器付きのコントローラを
用いた場合のオープンループ制御とクローズドループ制
御とを切り換える具体的回路の一例を示す回路図であ
る。

【図６】同じくそのオープンループ制御時の電流−流量
特性及び電流−主弁スプール位置特性，フラッパ位置特
性を示す線図である。

【図７】同じくそのクローズドループ制御時の入力電圧
−流量特性及び入力電圧−主弁スプール位置特性，フラ
ッパ位置特性を示す線図である。

【図８】従来の比例電磁式方向流量制御弁の一例を示す
側断面図である。

【符号の説明】

１：主弁 ２：パイロット部 ３：コントローラ １１：ボディ １２：摺動孔 １３：主弁スプール １３ａ：第１の受圧面 １３ｂ：第２の受圧面 １４：ノズル １５：比例ソレノイド １６：フラッパ １９：パイロット減圧弁 ２０：ノズル・フラッパ室 ２７：ストッパ ２８：位置センサ ３１：コンパレータ ３７：補償回路 １００：比例電磁式方向流量制御弁

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 比例電磁アクチュエータの出力部材に同
   動するフラッパと、主弁スプールと一体のノズルとから
   構成されるノズル・フラッパ機構を介して前記出力部材
   の動きを前記主弁スプールに伝える比例電磁式方向流量
   制御弁において、 前記フラッパの動きに追従して復帰方向へ移動する前記
   主弁スプールを、その復帰途中で係止するストッパと、
   前記主弁スプールの移動位置を検出する位置センサとを
   設けたことを特徴とする比例電磁式方向流量制御弁。
2. 【請求項２】 請求項１記載の比例電磁式方向流量制御
   弁において、前記主弁スプールを弁開放方向へ駆動する
   第１の受圧面と弁閉止方向へ駆動する第２の受圧面との
   面積比を５：２以上に設定したことを特徴とする比例電
   磁式方向流量制御弁。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の比例電磁式方向流
   量制御弁の制御装置であって、 前記比例電磁式方向流量制御弁を制御するアナログ入力
   のコントローラへの入力電圧が所定値より小さいときは
   オープンループ制御に、前記所定値より大きいときはク
   ローズドループ制御に、自動的に切り換えられるように
   したことを特徴とする比例電磁式方向流量制御弁の制御
   装置。
4. 【請求項４】 請求項１又は２記載の比例電磁式方向流
   量制御弁の制御装置であって、 前記比例電磁式方向流量制御弁を制御する設定器付きの
   コントローラへの複数の切換信号がすべて入力されてい
   ないときはオープンループ制御に、前記切換信号が入力
   されているときはクローズドループ制御に、自動的に切
   り換えられるようにしたことを特徴とする比例電磁式方
   向流量制御弁の制御装置。