(57)【要約】【課題】可動子の位置決め制御を安定に行う。【解決手段】サーボバルブ１０は、第１弾性部６２、第２弾性部６４及び連結部５８を備える。第１弾性部６２は、バルブボディ１２の内方でＸ方向に沿って延び、可動子１６に対してＸ２方向に作用する第１弾性力を有する。第２弾性部６４は、バルブボディ１２の内方でＸ方向に沿って延び、可動子１６に対してＸ１方向に作用する第２弾性力を有する。連結部５８は、バルブボディ１２の内方で第１弾性部６２及び第２弾性部６４に連結され、可動子１６の中立位置で、バルブボディ１２の段差部６６及び可動子１６のスプール５４に当接する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のポートが形成された筒状のボディと、前記ボディの内方で該ボディの軸方向に沿って配置された可動子と、前記ボディに対して前記軸方向に連結され、前記可動子を前記軸方向に沿って摺動させることで、前記各ポート間の流路の接続を切り換える駆動部とを備えるサーボバルブにおいて、
前記ボディの内方で前記軸方向に沿って延び、前記軸方向に沿って前記可動子を前記駆動部側に押圧する第１弾性力を有する第１弾性部と、
前記ボディの内方で前記軸方向に沿って延び、前記軸方向に沿って前記可動子を前記駆動部の反対側に押圧する第２弾性力を有する第２弾性部と、
前記ボディの内方で少なくとも前記第２弾性部に連結され、前記駆動部が駆動を停止しているときの前記可動子の中立位置で、前記ボディにおける前記駆動部の反対側と、前記可動子における前記駆動部の反対側とに当接する連結部と、
をさらに備えることを特徴とするサーボバルブ。
【請求項２】
請求項１記載のサーボバルブにおいて、
前記第１弾性部の一端は、前記可動子の前記駆動部側に固定され、
前記第２弾性部の一端は、前記ボディの前記駆動部側に固定され、
前記第１弾性部の他端及び前記第２弾性部の他端は、前記連結部に連結されていることを特徴とするサーボバルブ。
【請求項３】
請求項２記載のサーボバルブにおいて、
前記駆動部は、前記ボディに対して前記軸方向に連結された磁性体を含む筒状体と、前記筒状体の内方に設けられ、前記可動子の一部を構成し、且つ、可動磁石、可動コイル又は可動鉄心を含む可動部とを有し、
前記可動部を前記軸方向に沿って移動させることにより、前記可動部を含む前記可動子を前記軸方向に沿って摺動させることを特徴とするサーボバルブ。
【請求項４】
請求項３記載のサーボバルブにおいて、
前記駆動部は、前記ボディに対して前記軸方向に連結された前記筒状体である第１ヨークと、前記第１ヨークに巻回されたコイルと、前記コイルと向かい合うように前記第１ヨークの内方に設けられた前記可動部である磁石部とを有し、
前記コイルへの通電に起因して前記磁石部に作用する磁気吸引力により、前記可動子を前記軸方向に沿って摺動させることを特徴とするサーボバルブ。
【請求項５】
請求項４記載のサーボバルブにおいて、
前記第１ヨークの前記軸方向に沿った一端側及び他端側には、前記第１ヨークの内方に突出する突出部が設けられ、
前記コイルへの通電を停止しているときの前記中立位置において、前記磁石部は、２つの前記突出部の間に位置することを特徴とするサーボバルブ。
【請求項６】
請求項５記載のサーボバルブにおいて、
前記コイルは、前記第１ヨークの内方における２つの前記突出部の間に設けられ、
前記可動子が前記中立位置にあるときの前記磁石部の前記軸方向に沿った位置と、前記コイルの前記軸方向に沿った位置とは、略同じ位置であることを特徴とするサーボバルブ。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれか１項に記載のサーボバルブにおいて、
前記第１ヨークは、前記可動子の摺動に伴う前記磁石部の前記軸方向に沿った移動範囲内で該磁石部を覆うように前記ボディに連結されていることを特徴とするサーボバルブ。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれか１項に記載のサーボバルブにおいて、
前記第１ヨークは、前記コイルを前記軸方向で挟み込むように配置された２つのヨークから構成されることを特徴とするサーボバルブ。
【請求項９】
請求項４〜８のいずれか１項に記載のサーボバルブにおいて、
前記磁石部は、前記軸方向に沿って配置され、且つ、前記軸方向に着磁された２つの永久磁石と、前記２つの永久磁石の間に介挿された第２ヨークとから構成されることを特徴とするサーボバルブ。
【請求項１０】
請求項９記載のサーボバルブにおいて、
前記２つの永久磁石は、互いに異なる着磁方向で着磁されていることを特徴とするサーボバルブ。
【請求項１１】
請求項４〜１０のいずれか１項に記載のサーボバルブにおいて、
前記ボディの内方には、前記各ポートに連通する開口が設けられたスリーブが配置され、
前記可動子は、前記磁石部と、前記スリーブ内に前記軸方向に沿って配置されたスプールと、前記磁石部と前記スプールとを前記軸方向に連結するシャフトと、前記シャフトの前記磁石部側に配置され、前記第１弾性部の一端を固定する環状の第１固定部とを有し、
前記ボディの内方の前記第１ヨーク側には、前記ボディ及び前記第１ヨークに固定され、前記シャフト及び前記第１固定部が貫通し、且つ、前記第２弾性部の一端を固定する環状の第２固定部が設けられ、
前記連結部は、前記ボディの内方で、前記スプール及び前記ボディの前記スプール側に当接可能であり、且つ、前記シャフトが貫通する環状の部材であり、
前記第１弾性部は、前記ボディの内方で、前記連結部と前記第１固定部との間に介挿され、
前記第２弾性部は、前記ボディの内方で、前記連結部と前記第２固定部との間に介挿されることを特徴とするサーボバルブ。
【請求項１２】
請求項４〜１１のいずれか１項に記載のサーボバルブにおいて、
前記軸方向に沿って前記磁石部に近接配置され、磁束を検出するセンサをさらに備えることを特徴とするサーボバルブ。
【請求項１３】
請求項３記載のサーボバルブにおいて、
前記駆動部は、前記ボディに対して前記軸方向に連結された前記筒状体であるヨークと、前記ヨークの前記軸方向に沿った両端に各々設けられた２つの永久磁石と、前記ヨークと向かい合うように前記ヨークの内方に設けられた鉄心と、前記鉄心に巻回されたコイルとを有し、
前記可動部は、前記鉄心及び前記コイルから構成され、
前記２つの永久磁石と前記鉄心との間に作用する力、及び／又は、前記コイルへの通電に起因して前記可動部に作用する力を含む磁気吸引力により、前記可動子を前記軸方向に沿って摺動させることを特徴とするサーボバルブ。
【請求項１４】
請求項３記載のサーボバルブにおいて、
前記駆動部は、前記ボディに対して前記軸方向に連結された前記筒状体であるヨークと、前記ヨークの軸方向に沿った中央部に設けられた永久磁石と、前記永久磁石と向かい合うように前記ヨークの内方で前記軸方向に沿って設けられたコイルと、前記ヨークの内方で前記軸方向に沿って設けられた前記可動部である鉄心とを有し、
前記ヨークの両端と前記鉄心との間に作用する力、及び／又は、前記コイルへの通電に起因して前記鉄心に作用する力を含む磁気吸引力により、前記可動子を前記軸方向に沿って摺動させることを特徴とするサーボバルブ。
【請求項１５】
請求項１記載のサーボバルブにおいて、
前記第１弾性部の一端は、前記可動子の前記駆動部の反対側に固定され、
前記第１弾性部の他端は、前記ボディの前記駆動部の反対側を塞ぐエンドカバーに固定され、
前記第２弾性部の一端は、前記ボディの前記駆動部側に固定され、
前記第２弾性部の他端は、前記連結部に連結されていることを特徴とするサーボバルブ。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載のサーボバルブにおいて、
前記第１弾性部及び前記第２弾性部は、ばね部材であることを特徴とするサーボバルブ。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載のサーボバルブにおいて、
前記駆動部から前記可動子に作用する力と、前記第１弾性力又は前記第２弾性力とを釣り合わせることで、前記可動子を前記中立位置に復帰させるための復元力を調整可能であることを特徴とするサーボバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部からの入力信号に基づき駆動部が駆動して、ボディ内の可動子を摺動させることにより、ボディに設けられた複数のポート間の流路の接続を切り換えるサーボバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１〜５には、外部からの入力信号に基づき駆動部が駆動して、ボディ内に設けられた可動子がボディの軸方向に沿って摺動することで、ボディに設けられた複数のポート間の流路の接続を切り換えるサーボバルブが開示されている。
【０００３】
特許文献１には、ボディ内に配置されたスリーブの内側にスプール（可動子）が摺動自在に収容されたサーボバルブが開示されている。また、特許文献２〜４には、機械ばねを用いて、可動子を中立位置（駆動部が駆動を停止しているときの可動子の位置）に復帰させるサーボバルブが開示されている。特許文献５には、磁気ばねを用いて、可動子を中立位置に復帰させるサーボバルブが開示されている。なお、可動子が中立位置に復帰すると、全てのポートが閉じられるクローズドセンタ、出力ポートと排出ポートとが連通するエキゾーストセンタ、又は、出力ポートと供給ポートとが連通するプレッシャセンタの状態となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２８５９４５９号公報
【特許文献２】特許第４０９９７４９号公報
【特許文献３】実開昭６２−８９５８４号公報
【特許文献４】特開２００６−２０７７９６号公報
【特許文献５】中国特許出願公開第１０１７３７５２５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のサーボバルブでは、停電等の異常が発生した場合、外部から駆動部に入力信号を供給することができないので、可動子の位置が不定となる。この結果、サーボバルブの取付姿勢によっては、可動子の自重によってサーボバルブが弁開状態となるおそれがある。
【０００６】
また、特許文献２及び３のサーボバルブでは、可動子を中立位置に復帰させる際の機械ばねの復元力は、中立位置からのずれ量に比例する。これにより、中立位置付近では復元力が小さくなり、可動子の位置決めが不安定となる。この結果、外部からの振動等によって、弁開状態となる可能性がある。
【０００７】
さらに、特許文献４のサーボバルブでは、機械ばね等にガタツキがあると、可動子の位置決め制御や、複数のポートに対する開度制御が困難となる。
【０００８】
しかも、特許文献２〜４のサーボバルブでは、可動子を摺動させる際、可動子の中立位置で機械ばねから可動子に加えられる初期荷重を打ち消すため、大きな推力のモータ（駆動部）が必要となる。また、特許文献２〜４のサーボモータでは、可動子の位置に応じたばね力の変化によって、可動子の位置決め制御や複数のポートに対する開度制御が困難となる。
【０００９】
さらに、特許文献５のサーボバルブでは、可動子に取り付けられた永久磁石の磁気吸引力を用いて、可動子を中立位置に復帰させる。この場合でも、可動子を中立位置に復帰させるための復元力は、中立位置からのずれ量に比例するため、中立位置付近では復元力が小さくなり、可動子の位置決めが不安定となる。
【００１０】
本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、可動子の位置決め制御を安定に行うことができるサーボバルブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、複数のポートが形成された筒状のボディと、前記ボディの内方で該ボディの軸方向に沿って配置された可動子と、前記ボディに対して前記軸方向に連結され、前記可動子を前記軸方向に沿って摺動させることで、前記各ポート間の流路の接続を切り換える駆動部とを備えるサーボバルブに関する。
【００１２】
前記サーボバルブは、第１弾性部、第２弾性部及び連結部をさらに備える。
【００１３】
前記第１弾性部は、前記ボディの内方で前記軸方向に沿って延び、前記軸方向に沿って前記可動子を前記駆動部側に押圧する第１弾性力を有する。
【００１４】
前記第２弾性部は、前記ボディの内方で前記軸方向に沿って延び、前記軸方向に沿って前記可動子を前記駆動部の反対側に押圧する第２弾性力を有する。
【００１５】
前記連結部は、前記ボディの内方で少なくとも前記第２弾性部に連結され、前記駆動部が駆動を停止しているときの前記可動子の中立位置で、前記ボディにおける前記駆動部の反対側と、前記可動子における前記駆動部の反対側とに当接する。
【００１６】
このように、前記第１弾性部及び前記第２弾性部は、前記軸方向に沿った互いに異なる方向の弾性力（前記第１弾性力又は前記第２弾性力）を有する。
【００１７】
この場合、前記中立位置において、前記連結部は、前記第２弾性力によって、前記ボディにおける前記駆動部の反対側と、前記可動子における前記駆動部の反対側とに押し付けられる。これにより、前記連結部は、前記駆動部の反対側への移動が規制されるので、前記第２弾性部の位置は、前記ボディの内方における前記駆動部側と該駆動部の反対側との間で規制される。この結果、前記第２弾性力は、前記可動子に作用せず、該可動子は、前記連結部と当接する前記中立位置で位置決めされる。
【００１８】
次に、前記駆動部の駆動によって、前記可動子が前記駆動部側に摺動する場合、前記可動子は、前記第２弾性力に抗して、前記軸方向に沿って、前記連結部と共に前記駆動部側に摺動する。この場合、前記駆動部が駆動を停止すると、前記第２弾性力が復元力となり、前記連結部及び前記可動子は、前記軸方向に沿って前記中立位置にまで復帰する。
【００１９】
一方、前記駆動部の駆動によって、前記可動子が前記駆動部の反対側に摺動する場合、前記ボディにおける前記駆動部の反対側に前記連結部が当接している状態で、前記可動子は、前記第１弾性力に抗して、前記軸方向に沿って、前記駆動部の反対側に摺動する。この場合、前記駆動部が駆動を停止すると、前記第１弾性力が復元力となり、前記可動子は、前記軸方向に沿って前記中立位置にまで復帰する。
【００２０】
従って、本発明では、前記可動子が前記駆動部側に移動する場合、又は、前記可動子が前記駆動部の反対側に移動する場合、いずれの場合でも、前記中立位置に対する前記可動子の位置決め制御（前記各ポートに対する開度制御）を安定に行うことができる。この結果、良好なクローズドセンタ、エキゾーストセンタ又はプレッシャセンタの機能を有するサーボバルブを実現することができる。
【００２１】
この場合、前記第１弾性部の一端は、前記可動子の前記駆動部側に固定され、前記第２弾性部の一端は、前記ボディの前記駆動部側に固定され、前記第１弾性部の他端及び前記第２弾性部の他端は、前記連結部に連結されていればよい。これにより、簡易な構成で、前記中立位置に対する前記可動子の位置決めの制御性を向上させることができる。
【００２２】
ここで、前記駆動部は、前記ボディに対して前記軸方向に連結された磁性体を含む筒状体と、前記筒状体の内方に設けられ、前記可動子の一部を構成し、且つ、可動磁石、可動コイル又は可動鉄心を含む可動部とを有する。これにより、前記可動部を前記軸方向に沿って移動させ、前記可動部を含む前記可動子を前記軸方向に沿って摺動させることができる。このように、前記可動部が可動磁石形、可動コイル形又は可動鉄心形のいずれの場合であっても、前記可動子の位置決めの制御性を向上させることができる。
【００２３】
また、前記サーボバルブでは、前記駆動部から前記可動子に作用する力と、前記第１弾性力又は前記第２弾性力とを釣り合わせることで、前記可動子を前記中立位置に復帰させるための復元力を調整可能である。これにより、前記可動子の位置決め制御を向上させることができる。
【００２４】
なお、前記可動子の前記軸方向に沿った位置に関わりなく前記復元力が一定となるように該復元力を調整すれば、前記可動子の位置決め制御を一層向上させることができる。この場合、前記可動子に作用する力が前記可動部に発生する磁気吸引力であれば、前記磁気吸引力と前記第１弾性力又は前記第２弾性力とを釣り合わせることで、前記復元力を一定とすることができる。
【００２５】
ここで、前記可動部が可動磁石形である場合の前記サーボバルブの構成について説明する。
【００２６】
前記駆動部は、前記ボディに対して前記軸方向に連結された前記筒状体である第１ヨークと、前記第１ヨークに巻回されたコイルと、前記コイルと向かい合うように前記第１ヨークの内方に設けられた前記可動部である磁石部とを有する。この場合、前記コイルへの通電に起因して前記磁石部に作用する磁気吸引力により、前記可動子は、前記軸方向に沿って摺動する。
【００２７】
すなわち、前記コイルへの通電によって前記磁石部の周辺に磁束が発生し、該磁束に起因する前記磁気吸引力により、前記第１弾性部又は前記第２弾性部の弾性力に抗して、前記磁石部を含む前記可動子を前記軸方向に沿って摺動させることができる。つまり、前記駆動部は、前記磁石部を前記軸方向に移動させるリニアモータとして機能する。これにより、前記可動子を容易に位置決め制御することができるので、外部から前記コイルに供給される入力信号に対する前記サーボバルブの応答性を向上させることができる。
【００２８】
また、前記第１ヨークの前記軸方向に沿った一端側及び他端側に、前記第１ヨークの内方に突出する突出部を設けてもよい。この場合、前記コイルへの通電を停止しているときの前記中立位置において、前記磁石部は、２つの前記突出部の間に位置する。
【００２９】
これにより、前記コイルに通電したときに、前記突出部が前記磁束の磁路の一部を構成するので、前記磁石部が前記軸方向に沿って移動し、前記磁石部と前記突出部とが接近する程、前記磁気吸引力を大きくすることができる。また、前記磁気吸引力と前記第１弾性力又は前記第２弾性力とを釣り合わせて前記復元力を調整することで、前記サーボバルブの制御性（前記可動子の位置決め制御、前記サーボバルブの応答性）をさらに向上させることができる。
【００３０】
この場合、前記第１ヨークの内方における２つの前記突出部の間に前記コイルを設け、前記可動子が前記中立位置にあるときの前記磁石部の前記軸方向に沿った位置と、前記コイルの前記軸方向に沿った位置とを略同じ位置とすれば、前記サーボバルブの制御性をさらに向上させることができる。
【００３１】
また、前記可動子の摺動に伴う前記磁石部の前記軸方向に沿った移動範囲内で、該磁石部を覆うように前記第１ヨークを前記ボディに連結すれば、前記サーボバルブの制御性を一層向上させることができる。
【００３２】
また、前記コイルを前記軸方向で挟み込むように２つのヨークを配置して前記第１ヨークを構成してもよい。これにより、前記サーボバルブの組み立て性が向上する。
【００３３】
前記磁石部は、前記軸方向に沿って配置され且つ前記軸方向に着磁された２つの永久磁石と、前記２つの永久磁石の間に介挿された第２ヨークとから構成されることが望ましい。これにより、前記コイルに通電した際、前記磁石部の周辺に発生する前記磁束が前記第２ヨークを通過するので、前記磁石部には、前記磁気吸引力に起因する大きな推力が前記軸方向に発生する。これにより、前記第１弾性力又は前記第２弾性力に抗して、前記可動子を前記軸方向に沿って容易に摺動させることができる。
【００３４】
この場合、前記２つの永久磁石を互いに異なる着磁方向に着磁させると、前記可動子を前記軸方向に沿って前記駆動部側又は前記駆動部の反対側に容易に摺動させることができる。
【００３５】
また、上述のサーボバルブは、具体的に、下記のように構成すればよい。すなわち、前記ボディの内方に前記各ポートに連通する開口が設けられたスリーブを配置する。この場合、前記可動子は、前記磁石部と、前記スリーブ内に前記軸方向に沿って配置されたスプールと、前記磁石部と前記スプールとを前記軸方向に連結するシャフトと、前記シャフトの前記磁石部側に配置され且つ前記第１弾性部の一端を固定する環状の第１固定部とを有する。
【００３６】
これにより、前記ボディの内方の前記第１ヨーク側には、前記ボディ及び前記第１ヨークに固定され、前記シャフト及び前記第１固定部が貫通し、且つ、前記第２弾性部の一端を固定する環状の第２固定部を設けることができる。また、前記連結部は、前記ボディの内方で、前記スプール及び前記ボディの前記スプール側に当接可能であり、且つ、前記シャフトが貫通する環状の部材であればよい。
【００３７】
そして、前記第１弾性部は、前記ボディの内方で、前記連結部と前記第１固定部との間に介挿され、前記第２弾性部は、前記ボディの内方で、前記連結部と前記第２固定部との間に介挿されていればよい。
【００３８】
また、前記サーボバルブは、前記軸方向に沿って前記磁石部に近接配置され、磁束を検出するセンサをさらに備えてもよい。これにより、前記センサが検出した前記磁束の変化から、前記中立位置に対する前記可動子の位置を容易に把握することができる。この結果、前記可動子の位置に応じて前記コイルに供給する入力信号を調整することで、適切なサーボ制御を行うことができる。
【００３９】
また、前記可動部が可動コイル形である場合、前記サーボバルブを下記のように構成すればよい。すなわち、前記駆動部は、前記ボディに対して前記軸方向に連結された前記筒状体であるヨークと、前記ヨークの前記軸方向に沿った両端に各々設けられた２つの永久磁石と、前記ヨークと向かい合うように前記ヨークの内方に設けられた鉄心と、前記鉄心に巻回されたコイルとを有する。この場合、前記可動部は、前記鉄心及び前記コイルから構成され、前記２つの永久磁石と前記鉄心との間に作用する力、及び／又は、前記コイルへの通電に起因して前記可動部に作用する力を含む磁気吸引力により、前記可動子を前記軸方向に沿って摺動させる。
【００４０】
一方、前記可動部が可動鉄心形である場合、前記サーボバルブを下記のように構成すればよい。すなわち、前記駆動部は、前記ボディに対して前記軸方向に連結された前記筒状体であるヨークと、前記ヨークの軸方向に沿った中央部に設けられた永久磁石と、前記永久磁石と向かい合うように前記ヨークの内方で前記軸方向に沿って設けられたコイルと、前記ヨークの内方で前記軸方向に沿って設けられた前記可動部である鉄心とを有する。この場合、前記ヨークの両端と前記鉄心との間に作用する力、及び／又は、前記コイルへの通電に起因して前記鉄心に作用する力を含む磁気吸引力により、前記可動子を前記軸方向に沿って摺動させる。
【００４１】
前記可動コイル形及び前記可動鉄心形のいずれの場合でも、前記可動磁石形と同様に、前記磁気吸引力によって前記可動子を前記軸方向に沿って摺動させることができるので、前記可動子を容易に位置決め制御することができる。この結果、前記サーボバルブの応答性を向上させることができる。
【００４２】
また、前記サーボバルブにおいて、前記第１弾性部の一端は、前記可動子の前記駆動部の反対側に固定され、前記第１弾性部の他端は、前記ボディの前記駆動部の反対側を塞ぐエンドカバーに固定され、前記第２弾性部の一端は、前記ボディの前記駆動部側に固定され、前記第２弾性部の他端は、前記連結部に連結されてもよい。この場合でも、簡易な構成で、前記中立位置に対する前記可動子の位置決めの制御性を向上させることができる。
【００４３】
なお、前記第１弾性部及び前記第２弾性部がばね部材であれば、前記サーボバルブの低コスト化を実現することができる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によれば、可動子が駆動部側に移動する場合、又は、可動子が駆動部の反対側に移動する場合、いずれの場合でも、中立位置に対する可動子の位置決め制御（複数のポートに対する開度制御）を安定に行うことができる。この結果、良好なクローズドセンタ、エキゾーストセンタ又はプレッシャセンタの機能を有するサーボバルブを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本実施形態に係るサーボバルブの断面図である。
【図２】図２Ａ〜図２Ｃは、図１の可動子の移動を図示した概念図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｃは、図１の磁石部の移動を図示した概念図である。
【図４】図１の可動子の位置と可動子に作用する力との関係を示す図である。
【図５】スプールの位置と推力との関係を示す図である。
【図６】図１の磁気センサが検出した磁束密度と可動子の位置との関係を示す図である。
【図７】図７Ａ〜図７Ｃは、特許文献３のサーボバルブでの可動子の移動を図示した概念図である。
【図８】特許文献３のサーボバルブでの可動子の位置と可動子に作用する力との関係を示す図である。
【図９】図９Ａ〜図９Ｃは、特許文献４のサーボバルブでの可動子の移動を図示した概念図である。
【図１０】図１０Ａ及び図１０Ｂは、特許文献４のサーボバルブでの可動子の移動を図示した概念図である。
【図１１】特許文献４のサーボバルブでの可動子の位置と可動子に作用する力との関係を示す図である。
【図１２】特許文献５のサーボバルブでの可動子の位置と可動子に作用する力との関係を示す図である。
【図１３】本実施形態に係るサーボバルブと特許文献３〜５のサーボバルブとにおける可動子の位置と可動子に作用する力との関係を対比した図である。
【図１４】図１４Ａ〜図１４Ｃは、可動コイル形の可動部の移動を図示した概念図である。
【図１５】図１５Ａ〜図１５Ｃは、可動鉄心形の可動部の移動を図示した概念図である。
【図１６】変形例に係るサーボバルブの断面図である。
【図１７】図１６の可動子の位置と可動子に作用する力との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
本発明に係るサーボバルブの好適な実施形態について、添付の図面を参照しながら、以下詳細に説明する。
【００４７】
［１．サーボバルブ１０の構成］
図１は、本実施形態に係るサーボバルブ１０の断面図である。
【００４８】
サーボバルブ１０は、筒状のバルブボディ１２と、バルブボディ１２の内方で該バルブボディ１２の中心軸１４と略同軸に配置された可動子１６と、バルブボディ１２に対して中心軸１４に沿った方向（軸方向）に連結され、バルブボディ１２内で可動子１６を軸方向に摺動させる駆動部１８とを備える。なお、中心軸１４は、バルブボディ１２を含むサーボバルブ１０の長手方向に沿った中心軸である。以下の説明では、中心軸１４に沿った方向（軸方向）をＸ方向、図１の左側に向かう方向（サーボバルブ１０のバルブボディ１２側の方向）をＸ１方向、図１の右側に向かう方向（サーボバルブ１０の駆動部１８側の方向）をＸ２方向と呼称する。
【００４９】
バルブボディ１２は、Ｘ方向に貫通し且つ可動子１６を収容する孔部２０が中心軸１４と略同軸に形成された筒状体である。孔部２０は、バルブボディ１２のＸ１方向の一端側とＸ２方向の他端側とにそれぞれ形成された２つの大径部分２０ａ、２０ｂと、２つの大径部分２０ａ、２０ｂを連結する中央の小径部分２０ｃとから構成される段付きの貫通孔である。バルブボディ１２のＸ１方向の一端には、エンドカバー２２が孔部２０を塞ぐように取り付けられている。一方、バルブボディ１２のＸ２方向の他端には、駆動部１８が連結されている。
【００５０】
バルブボディ１２の外周面には、孔部２０の小径部分２０ｃに対して径方向に連通する複数のポート２４が形成されている。図１には、５つのポート２４が形成されている。すなわち、サーボバルブ１０は、可動子１６をＸ方向に摺動させ、５つのポート２４間の流路の接続を切り替えることにより、エア等の流体が流れる方向を制御する５ポートのサーボバルブである。なお、ポート２４の数は、サーボバルブ１０の仕様に応じて適宜設定すればよい。
【００５１】
孔部２０の小径部分２０ｃには、複数のポート２４に連通する複数の開口２６を有する筒状のスリーブ２８が、バルブボディ１２の内周面に接触するように配置されている。
【００５２】
駆動部１８は、バルブボディ１２のＸ２方向の他端に連結された筒状体の第１ヨーク３２と、第１ヨーク３２に巻回されたコイル３４と、コイル３４と向かい合うように第１ヨーク３２の内方に設けられた磁石部（可動部）３６とを有する。第１ヨーク３２は、磁性体からなり、中心軸１４と略同軸に形成された孔部３８を有する。第１ヨーク３２の孔部３８は、Ｘ方向に貫通して、バルブボディ１２の孔部２０に連通し、且つ、磁石部３６を収容する。後述するように、磁石部３６は、可動子１６の一部として構成される。従って、磁石部３６は、可動磁石形の可動部である。また、第１ヨーク３２は、可動子１６の摺動に伴うＸ方向に沿った磁石部３６の移動範囲内をカバーするように、バルブボディ１２に連結されている。
【００５３】
第１ヨーク３２は、バルブボディ１２のＸ２方向の他端に連結されるサイドヨーク３２ａと、該サイドヨーク３２ａのＸ２方向側に連結されるアウタヨーク３２ｂとから構成される分割構造のヨークである。サイドヨーク３２ａは、第１ヨーク３２のＸ１方向側の一端部を構成し、孔部３８に突出する第１突出部４０ａを有する筒状体である。アウタヨーク３２ｂは、第１ヨーク３２のＸ２方向側の他端部を構成し、孔部３８に突出する第２突出部４０ｂを有する筒状体である。コイル３４は、電気絶縁材料からなるボビン４２に導線を巻回することにより構成され、第１ヨーク３２の内方における第１突出部４０ａと第２突出部４０ｂとの間で、磁石部３６と対向するように配置されている。
【００５４】
第１ヨーク３２（アウタヨーク３２ｂ）のＸ２方向側の他端には、非磁性体からなるエンドカバー４６が孔部２０を塞ぐように取り付けられている。エンドカバー４６には、磁束密度を測定する磁気センサ４８が中心軸１４と略同軸に配置されている。
【００５５】
磁石部３６は、Ｘ１方向側に配置された環状の第１永久磁石３６ａと、Ｘ２方向側に配置された環状の第２永久磁石３６ｂと、第１永久磁石３６ａ及び第２永久磁石３６ｂの間に介挿された磁性体からなるセンターヨークとしての環状の第２ヨーク３６ｃとから構成される。第１永久磁石３６ａ及び第２永久磁石３６ｂは、Ｘ方向に沿って、互いに異なる方向に着磁されている。すなわち、第１永久磁石３６ａは、Ｘ１方向側がＮ極、Ｘ２方向側がＳ極となるように着磁されている。第２永久磁石３６ｂは、Ｘ１方向側がＳ極、Ｘ２方向側がＮ極となるように着磁されている。なお、本実施形態において、上述の着磁方向は一例であり、第１永久磁石３６ａ及び第２永久磁石３６ｂがＸ方向に沿って互いに異なる着磁方向に着磁されていればよい。
【００５６】
第１永久磁石３６ａ、第２ヨーク３６ｃ及び第２永久磁石３６ｂは、中心軸１４と略同軸にＸ方向に沿って延びる非磁性体のコネクタシャフト５０に連結されている。従って、磁石部３６は、中心軸１４と略同軸に孔部３８に配置されている。
【００５７】
可動子１６は、外部からコイル３４に入力信号が供給される通電状態において、磁石部３６に作用する力、すなわち、コイル３４への通電に伴い、磁石部３６の周辺に発生する磁束に基づく磁気吸引力によって磁石部３６に発生する推力により、各孔部２０、３８内をＸ方向（Ｘ１方向又はＸ２方向）に摺動する。図１は、駆動部１８が駆動を停止しているとき、すなわち、コイル３４への入力信号の供給（コイル３４への通電）を停止しているときの可動子１６の位置を図示している。以下の説明において、このときの位置を可動子１６の中立位置と呼称する。
【００５８】
また、以下の説明において、磁気吸引力とは、磁石部３６の周辺に発生する磁束に起因して磁石部３６に作用する力の総称である。従って、第１永久磁石３６ａ及び第２永久磁石３６ｂからの磁束に起因する力や、コイル３４への通電によって磁石部３６に作用する力も磁気吸引力に含まれる。
【００５９】
可動子１６は、中心軸１４と略同軸にＸ方向に延びるコネクタシャフト５０と、コネクタシャフト５０のＸ２方向側に連結される磁石部３６と、スリーブ２８内で中心軸１４と略同軸にＸ方向に沿って配置され且つコネクタシャフト５０のＸ１方向側に連結されるスプール５４と、コネクタシャフト５０の磁石部３６側に配置された環状の第１固定部５６とを有する。第１固定部５６は、磁石部３６及びコネクタシャフト５０に固定されている。
【００６０】
孔部２０のＸ２方向の大径部分２０ｂには、コネクタシャフト５０が貫通する環状の連結部５８がＸ方向に移動可能に配置されている。また、該大径部分２０ｂには、コネクタシャフト５０及び第１固定部５６が貫通し、且つ、バルブボディ１２の内周面及びサイドヨーク３２ａのＸ１方向側の端部に固定された環状の第２固定部６０が設けられている。
【００６１】
さらに、該大径部分２０ｂには、一端が第１固定部５６に固定され、他端が連結部５８に連結される第１弾性部６２が設けられている。第１弾性部６２は、コネクタシャフト５０を取り囲むように、第１固定部５６と連結部５８との間でＸ方向に延びる圧縮コイルばね等のばね部材であり、駆動部１８側のＸ２方向に作用する第１弾性力を有する。すなわち、Ｘ方向に予め縮められた状態で第１固定部５６と連結部５８との間に第１弾性部６２を介挿させることで、第１固定部５６を含む可動子１６をＸ２方向に押圧する第１弾性力が発生する。
【００６２】
さらにまた、該大径部分２０ｂには、一端が第２固定部６０に固定され、他端が連結部５８に連結される第２弾性部６４が設けられている。第２弾性部６４は、コネクタシャフト５０及び第１弾性部６２を取り囲むように、第２固定部６０と連結部５８との間でＸ方向に延びる圧縮コイルばね等のばね部材であり、駆動部１８とは反対側のＸ１方向に作用する第２弾性力を有する。すなわち、Ｘ方向に予め縮められた状態で第２固定部６０と連結部５８との間に第２弾性部６４を介挿させることで、連結部５８をＸ１方向に押圧する第２弾性力が発生する。
【００６３】
このように、第１弾性部６２と第２弾性部６４とでは、第１弾性力が作用する方向（Ｘ２方向）と、第２弾性力が作用する方向（Ｘ１方向）とが、互いに異なる方向に設定されている。なお、本実施形態では、第１弾性部６２及び第２弾性部６４がＸ方向に沿って互いに異なる方向に作用する弾性力をそれぞれ有すればよい。また、連結部５８及び第１固定部５６は、第１弾性部６２のスプリング座（スプリングガイド）として機能する。さらに、連結部５８及び第２固定部６０は、第２弾性部６４のスプリング座（スプリングガイド）として機能する。
【００６４】
前述のように、図１は、可動子１６が中立位置にあるときのサーボバルブ１０の状態を図示している。この中立位置において、連結部５８は、第２弾性部６４の第２弾性力によって、バルブボディ１２の内周面における孔部２０の大径部分２０ｂと小径部分２０ｃとの段差部６６、スリーブ２８のＸ２方向側の端部、及び、スプール５４のＸ２方向側の端部に当接する。但し、連結部５８は、段差部６６に当接することで、Ｘ１方向への移動が規制されるので、スリーブ２８及びスプール５４には、第２弾性力が作用しない。
【００６５】
また、中立位置において、第１固定部５６には、第１弾性部６２の第１弾性力が作用している。但し、第１弾性力と第２弾性力とが均衡するように調整されていれば、中立位置において、可動子１６全体にかかる荷重は０となる。従って、以下の説明において、中立位置において、可動子１６に作用する力（第１弾性力及び第２弾性力）を初期荷重と呼称する場合がある。
【００６６】
さらに、中立位置において、スプール５４は、各ポート２４と孔部２０との連通（各ポート２４間の流路の接続）を遮断する。すなわち、図１のサーボバルブ１０は、クローズドセンタの機能を有するサーボバルブである。また、磁石部３６は、２つの突出部４０ａ、４０ｂの間に位置する。すなわち、磁石部３６のＸ方向に沿った中心位置である第２ヨーク３６ｃの位置と、コイル３４のＸ方向に沿った中心位置とは、略同じ位置となる。
【００６７】
［２．サーボバルブ１０の動作］
以上のように構成されるサーボバルブ１０の動作について、図２Ａ〜図６を参照しながら説明する。なお、この動作説明では、必要に応じて、図１も参照しながら説明する。
【００６８】
ここでは、図２Ａ及び図３Ａに示す中立位置から、図２Ｂ及び図３Ｂのように可動子１６をＸ２方向に摺動させる場合と、図２Ｃ及び図３Ｃのように可動子１６をＸ１方向に摺動させる場合とについて説明する。なお、図２Ａ〜図２Ｃは、バルブボディ１２の孔部２０に配置された可動子１６の動作を模式的に図示した概念図である。図３Ａ〜図３Ｃは、可動子１６を構成する磁石部３６の動作を模式的に図示した概念図である。
【００６９】
先ず、図２Ａ及び図３Ａの中立位置において、連結部５８は、第２弾性部６４の第２弾性力によって、バルブボディ１２の内方の段差部６６に押し付けられている。これにより、連結部５８のＸ１方向への移動が規制されると共に、大径部分２０ｂ内での第２弾性部６４の位置が規制される。この結果、連結部５８が可動子１６（図１のスプール５４）に当接しても、第２弾性力は可動子１６に作用しない。また、中間位置において、第１弾性力と第２弾性力とが均衡するように調整されていれば、可動子１６全体にかかる初期荷重は０となる。
【００７０】
一方、中立位置において、図３Ａで模式的に示すように、磁石部３６の第２ヨーク３６ｃとコイル３４とは、Ｘ方向に沿った略同じ位置に配置されている。そのため、この位置を中心として、磁石部３６、コイル３４及び第１ヨーク３２は、概ね対称に配置される。これにより、第１永久磁石３６ａと第１突出部４０ａとが対向すると共に、第２永久磁石３６ｂと第２突出部４０ｂとが対向する。
【００７１】
この結果、図３Ａにおいて、黒塗りの矢印で示すように、第１永久磁石３６ａの磁束に起因して第１永久磁石３６ａから第１突出部４０ａへの磁気吸引力が発生すると共に、第２永久磁石３６ｂの磁束に起因して第２永久磁石３６ｂから第２突出部４０ｂへの磁気吸引力が発生する。
【００７２】
但し、前述のように、磁石部３６、コイル３４及び第１ヨーク３２が対称に配置されているため、これらの磁気吸引力は均衡し、磁石部３６を含めた可動子１６は、Ｘ方向に移動しない。この結果、可動子１６は、図２Ａのように、連結部５８が可動子１６のＸ１方向側（図１のスプール５４）に当接した状態で位置決めされる。従って、中立位置において、スプール５４は、図１に示すように、複数のポート２４と孔部２０との連通（各ポート２４間の流路の接続）を遮断することができる。
【００７３】
次に、外部からコイル３４に入力信号を供給して該コイル３４を通電状態とすることで、図２Ｂ及び図３Ｂのように可動子１６をＸ２方向に摺動させる場合について説明する。
【００７４】
この場合、入力信号に基づく電流がコイル３４を流れることで、磁石部３６の周辺に磁束が発生する。この磁束は、第１ヨーク３２及び第２ヨーク３６ｃ等を通る磁路を形成し、第１突出部４０ａをＮ極、第２突出部４０ｂをＳ極に着磁させる。これにより、第１突出部４０ａと第１永久磁石３６ａとの間では斥力、第２突出部４０ｂと第２永久磁石３６ｂとの間では黒塗りの矢印に示す磁気吸引力が発生する。この結果、磁石部３６（第２ヨーク３６ｃ）には、磁気吸引力及び斥力に起因して、白抜きの矢印で示すＸ２方向への推力が発生する。従って、可動子１６は、図２Ｂに示すように、第２弾性部６４のＸ１方向への第２弾性力に抗して、連結部５８と共にＸ２方向に摺動することができる。
【００７５】
一方、Ｘ２方向に可動子１６が移動している場合に、コイル３４への通電を停止すると、コイル３４への通電による磁気吸引力が消滅するので、推力は０となる。この結果、第２弾性力が中立位置への復元力となり、可動子１６及び連結部５８は、Ｘ１方向に沿って図２Ａの中立位置にまで復帰する。
【００７６】
次に、コイル３４を通電状態とすることで、図２Ｃ及び図３Ｃのように可動子１６をＸ１方向に摺動させる場合について説明する。
【００７７】
この場合も、入力信号に基づく電流がコイル３４を流れることで、磁石部３６の周辺に磁束が発生する。この磁束は、第１ヨーク３２及び第２ヨーク３６ｃ等を通る磁路を形成し、第１突出部４０ａをＳ極、第２突出部４０ｂをＮ極に着磁させる。これにより、第１突出部４０ａと第１永久磁石３６ａとの間では黒塗りの矢印に示す磁気吸引力、第２突出部４０ｂと第２永久磁石３６ｂとの間では斥力が発生する。この結果、磁石部３６（第２ヨーク３６ｃ）には、磁気吸引力及び斥力に起因して、白抜きの矢印で示すＸ１方向への推力が発生する。従って、可動子１６は、図２Ｃに示すように、第１弾性部６２のＸ２方向への第１弾性力に抗して、Ｘ１方向に摺動することができる。なお、連結部５８は、段差部６６に当接しているので、可動子１６は、単独でＸ１方向に摺動する。
【００７８】
一方、Ｘ１方向に可動子１６が移動している場合に、コイル３４への通電を停止すると、コイル３４への通電による磁気吸引力が消滅するので、推力は０となる。この結果、第１弾性力が中立位置への復元力となり、可動子１６は、Ｘ２方向に沿って図２Ａの中立位置にまで復帰する。
【００７９】
図４は、可動子１６の位置と可動子１６に作用する力との関係を図示したものである。横軸は、可動子１６の位置を示している。この場合、図１及び図２Ａの中立位置を０とし、この中立位置（０）に対してＸ２方向側を正方向、Ｘ１方向を負方向としている。また、縦軸は、可動子１６に作用する力を示している。この場合、可動子１６に対してＸ２方向に作用する力を正方向の力とし、Ｘ１方向に作用する力を負方向の力としている。
【００８０】
図３Ｂ及び図３Ｃの場合、磁石部３６には、図４で破線に示す磁気吸引力が作用する。ここで、磁石部３６を含む可動子１６を正方向（Ｘ２方向）に摺動させるような磁気吸引力は、図３Ｂの場合に発生する。一方、可動子１６を負方向（Ｘ１方向）に摺動させるような磁気吸引力は、図３Ｃの場合に発生する。
【００８１】
また、図３Ｂに示すように、中立位置での磁石部３６の位置から該磁石部３６をＸ２方向に移動させる場合、第２永久磁石３６ｂが第２突出部４０ｂに接近する程、磁気吸引力が大きくなる。一方、図３Ｃに示すように、中立位置での磁石部３６の位置から該磁石部３６をＸ１方向に移動させる場合、第１永久磁石３６ａが第１突出部４０ａに接近する程、磁気吸引力が大きくなる。
【００８２】
従って、図４に示すように、磁気吸引力は、可動子１６が中立位置（０）から正方向（Ｘ２方向）に移動する程、０から正方向に大きくなり、一方で、可動子１６が中立位置から負方向（Ｘ１方向）に移動する程、０から負方向に大きくなる。この結果、磁気吸引力は、中立位置からのずれ量に比例して正方向又は負方向に線形的に大きくなる。
【００８３】
また、可動子１６には、図２Ａ〜図２Ｃに示す第１弾性力及び第２弾性力が作用する。図４では、第１弾性部６２及び第２弾性部６４から可動子１６に作用する弾性力（ばね力）を一点鎖線で図示している。
【００８４】
図２Ｂの場合、可動子１６が正方向（Ｘ２方向）に摺動する程、可動子１６には、図２Ｂにおいて、黒塗りの矢印で示す負方向（Ｘ１方向）に作用する第２弾性力が大きくなる。一方、図２Ｃの場合、可動子１６が負方向（Ｘ１方向）に摺動する程、可動子１６には、図２Ｃにおいて、黒塗りの矢印で示す正方向（Ｘ２方向）に作用する第１弾性力が大きくなる。
【００８５】
なお、図２Ａに示す中立位置では、第１弾性部６２が可動子１６のＸ２方向側を第１弾性力でＸ２方向に押圧し、一方で、第２弾性部６４が連結部５８を介して可動子１６のＸ１方向側を第２弾性力でＸ１方向に押圧している。この結果、図４に示すように、中立位置（０）では、正方向の初期荷重（第１弾性力）と負方向の初期荷重（第２弾性力）とが均衡し、可動子１６全体としては、荷重がかかっていない状態となる。
【００８６】
そして、可動子１６が中立位置（０）から正方向（Ｘ２方向）に移動する程、ばね力は、第２弾性力によって、負方向の初期荷重から、負方向に大きくなる。一方、可動子１６が中立位置（０）から負方向（Ｘ１方向）に移動する程、ばね力は、第１弾性力によって、正方向の初期荷重から、正方向に大きくなる。つまり、ばね力は、中立位置からのずれ量に比例して正方向又は負方向に大きくなる。
【００８７】
そこで、本実施形態に係るサーボバルブ１０では、磁気吸引力と機械的なばね力とを釣り合わせることで、可動子１６に作用する復元力（中立位置に復帰させるための力）を調整可能としている。具体的に、図４で実線に示すように、磁気吸引力と機械的なばね力とを釣り合わせることにより、可動子１６の位置に関わりなく、復元力を一定値に設定すると好適である。これにより、可動子１６の位置の制御性を向上させることができる。
【００８８】
図５は、磁石部３６に発生する推力とスプール５４（可動子１６）の位置との関係を示したものである。なお、横軸は、スプール５４の位置を示し、図４と同様に、Ｘ２方向を正方向、Ｘ１方向を負方向としている。縦軸は、磁石部３６を含む可動子１６に発生する推力であり、図４と同様に、Ｘ２方向を正方向、Ｘ１方向を負方向としている。
【００８９】
前述のように、正方向又は負方向の初期荷重が存在するため、可動子１６を摺動させる場合、該初期荷重を超える推力を発生させる必要がある。
【００９０】
そこで、本実施形態に係るサーボバルブ１０では、図１及び図３Ａ〜図３Ｃに示すように、第１永久磁石３６ａ及び第２永久磁石３６ｂに対向するように第１突出部４０ａ及び第２突出部４０ｂがそれぞれ設けられ、第１永久磁石３６ａが第１突出部４０ａに接近する程、又は、第２永久磁石３６ｂが第２突出部４０ｂに接近する程、磁気吸引力が大きくなる。
【００９１】
そのため、図５において、実線で示すように、初期荷重に打ち克って、可動子１６を中立位置からＸ１方向又はＸ２方向に移動可能な推力を、容易に発生させることができる。なお、図５に示す推力の特性は、図４に一点鎖線で示すばね力の特性と比較して、中立位置（０）を挟んで対称な特性となっている。また、図５では、比較例として、特許文献１及び２のサーボバルブでの推力の特性を破線で示している。
【００９２】
図６は、磁気センサ４８（図１参照）が検出した磁束密度と可動子１６の位置との関係を示す図である。なお、図６は、一例として、可動子１６（磁石部３６）が中立位置からＸ１方向に摺動する場合を図示している。
【００９３】
磁気センサ４８は、コイル３４への通電の有無に関わりなく、磁束密度を検出し、検出した磁束密度に応じた検出信号を外部に出力可能である。サーボバルブ１０では、磁石部３６と磁気センサ４８との間に磁性体が存在しない。そのため、磁気センサ４８で検出した磁束密度と可動子１６（磁石部３６）の位置との関係を予め計測しておけば、実際に、コイル３４に通電して、中立位置に対して可動子１６をＸ方向に摺動させた場合に、磁気センサ４８で検出した磁束密度から可動子１６の位置を容易に把握し、可動子１６の位置に応じて、コイル３４に供給する入力信号を制御することができる。
【００９４】
［３．本実施形態と特許文献３〜５との対比］
次に、図７Ａ〜図１３を参照しながら、本実施形態に係るサーボバルブ１０の特性と、特許文献３〜５のサーボバルブの特性とを対比する。ここでは、サーボバルブ１０の構成要素と同じ構成要素については、同じ参照符号を付けて説明する場合がある。
【００９５】
図７Ａ〜図８は、特許文献３のサーボバルブの場合を図示したものである。
【００９６】
図７Ａ〜図７Ｃは、該サーボバルブの構成を模式的に図示したものである。図７Ａは中立位置を示し、図７Ｂは、可動子１６をＸ２方向に移動させる場合を示し、図７Ｃは、可動子１６をＸ１方向に移動させる場合を示している。
【００９７】
特許文献３において、可動子１６のＸ１方向の一端は、ばね部材７０ａを介して、バルブボディ１２等のＸ１方向側の固定面７２ａに連結され、一方で、可動子１６のＸ２方向の他端は、ばね部材７０ｂを介して、バルブボディ１２等のＸ２方向側の固定面７２ｂに連結されている。この場合、２つのばね部材７０ａ、７０ｂは、予め縮められた状態で、可動子１６と固定面７２ａ、７２ｂとの間に設けられる。そのため、可動子１６が図７Ａの中立位置にあるときは、両側のばね部材７０ａ、７０ｂから可動子１６に黒塗りの矢印で示す弾性力が作用する。これらの弾性力は、互いに逆向きであるため、可動子１６に作用する力は釣り合っている。
【００９８】
この中立位置からＸ２方向に可動子１６が摺動すると、図７Ｂに示すように、Ｘ１方向側のばね部材７０ａから可動子１６に作用する力が減少する一方で、Ｘ２方向側のばね部材７０ｂから可動子１６に作用する力が増大する。また、中立位置からＸ１方向に可動子１６が摺動すると、図７Ｃに示すように、Ｘ１方向側のばね部材７０ａから可動子１６に作用する力が増大する一方で、Ｘ２方向側のばね部材７０ｂから可動子１６に作用する力が減少する。
【００９９】
図８は、可動子１６の位置に対する２つのばね部材７０ａ、７０ｂから可動子１６に作用する力の変化を図示したものである。図８において、破線は、Ｘ１方向側のばね部材７０ａから可動子１６に作用する力を示し、一点鎖線は、Ｘ２方向側のばね部材７０ｂから可動子１６に作用する力を示し、実線は、可動子１６全体に作用する力を示している。図８に示すように、可動子１６全体に作用する力は、可動子１６の位置に対して線形に変化しており、中立位置（０）では、可動子１６に力は作用しない。すなわち、可動子１６がＸ２方向に摺動する程、負方向（Ｘ１方向）への力が増大する一方で、可動子１６がＸ１方向に摺動する程、正方向（Ｘ２方向）への力が増大する。
【０１００】
図９Ａ〜図１１は、特許文献４のサーボバルブの場合を図示したものである。
【０１０１】
図９Ａ〜図９Ｃは、該サーボバルブの構成を模式的に図示したものである。図９Ａは中立位置を示し、図９Ｂは、可動子１６をＸ２方向に移動させる場合を示し、図９Ｃは、可動子１６をＸ１方向に移動させる場合を示している。特許文献４では、可動子１６のＸ１方向側（スプール５４）の一端部とＸ２方向側（磁石部３６）の他端部との間に、１つのばね部材７４がＸ方向に配置され、ばね部材７４の両端を２つの固定部７６ａ、７６ｂで固定している点で、本実施形態に係るサーボバルブ１０（図１〜図６参照）とは異なる。なお、２つの固定部７６ａ、７６ｂは、Ｘ方向に移動可能である。
【０１０２】
この場合、図９Ａの中立位置では、ばね部材７４の弾性力によってスプリング座としての２つの固定部７６ａ、７６ｂは、バルブボディ１２等のＸ１方向側の固定面７８ａとＸ２方向側の固定面７８ｂとにそれぞれ押し付けられている。これにより、２つの固定部７６ａ、７６ｂのＸ方向への移動が規制される。この結果、可動子１６の一端部及び他端部が２つの固定部７６ａ、７６ｂに当接している場合でも、可動子１６にはＸ方向への荷重がかからない。
【０１０３】
そして、可動子１６が中立位置からＸ２方向へ摺動する場合、図９Ｂにおいて、黒塗りの矢印で示すように、可動子１６には、負方向（Ｘ１方向）に作用する弾性力が大きくなる。一方、可動子１６が中立位置からＸ１方向へ摺動する場合、図９Ｃにおいて、黒塗りの矢印で示すように、可動子１６には、正方向（Ｘ２方向）に作用する弾性力が大きくなる。
【０１０４】
そのため、特許文献４では、理想的には、図１１に示すように、中立位置（０）において、正方向の初期荷重と負方向の初期荷重とが釣り合って、可動子１６全体にかかる荷重が０となる。一方、中立位置から可動子１６が離れる程、可動子１６に作用する力は、正方向又は負方向に増大する。
【０１０５】
しかしながら、可動子１６を構成するスプール５４に寸法公差等のガタツキがある場合、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、中立位置において、固定部７６ａ、７６ｂと固定面７８ａ、７８ｂとの間に隙間Ｗが発生し、又は、固定部７６ａ、７６ｂと可動子１６との間に隙間Ｗが発生する。これにより、中立位置において、可動子１６がＸ方向に変位するおそれがある。この結果、実際上、可動子１６に作用する力の特性は、図１１において、実線で示すように、隙間Ｗの影響を受けて、中立位置からずれた位置で初期荷重が発生する特性となる。従って、特許文献４のサーボバルブでは、可動子１６の位置を精度良く制御することができない。
【０１０６】
図１２は、特許文献５のサーボバルブでの可動子１６の位置と可動子１６に作用する力との関係を示す図である。
【０１０７】
このサーボバルブでは、永久磁石の磁力を可動子１６（スプール５４）の復元力に利用している。そのため、図１２に示すように、可動子１６に作用する力は、可動子１６が中立位置から離れる程、正方向又は負方向に大きくなる線形的な特性となる。そのため、中立位置付近での磁気ばねの力が弱くなり、外部からの衝撃又は振動によって可動子１６が変位するおそれがある。
【０１０８】
図１３は、可動子１６に作用する力（中立位置への復元力）に関して、図４に示す本実施形態の結果（実線）と、図８、図１１及び図１２に示す特許文献３〜５の結果（特許文献３：一点鎖線、特許文献４：破線、特許文献５：二点鎖線）とを重ねて表示した図である。図１３に示すように、特許文献３〜５の場合、中立位置付近で外部からサーボバルブに衝撃又は振動が加わることにより可動子１６が変位するか、又は、可動子１６のガタツキによって可動子１６を精度良く制御することができない。
【０１０９】
これに対して、本実施形態では、可動子１６の位置が正方向又は負方向に変化しても、可動子１６に作用する力は、一定の値を保っている。これにより、特許文献３〜５の場合と比較して、可動子１６の位置を精度良く制御することができる。
【０１１０】
［４．本実施形態の変形例］
次に、本実施形態に係るサーボバルブ１０の変形例について説明する。
【０１１１】
本実施形態では、図１に示すように、中立位置において、各ポート２４間の流路の接続を遮断するクローズドセンタのサーボバルブ１０について説明した。本実施形態は、上記の説明に限定されることはなく、中立位置において、出力ポートと排出ポートとが連通するエキゾーストセンタ、又は、出力ポートと供給ポートとが連通するプレッシャセンタのサーボバルブ１０であってもよい。
【０１１２】
また、本実施形態では、図１に示すように、可動磁石形の可動部（磁石部３６）を有するサーボバルブ１０について説明した。本実施形態に係るサーボバルブ１０は、上記の説明に限定されることはなく、図１４Ａ〜図１４Ｃに示す可動コイル形の可動部８０、又は、図１５Ａ〜図１５Ｃに示す可動鉄心形の可動部８２を有するサーボバルブであってもよい。なお、図１４Ａ〜図１５Ｃでは、駆動部１８の構成を概念的に図示している。
【０１１３】
図１４Ａ〜図１４Ｃの場合、サーボバルブ１０（図１参照）の駆動部１８は、バルブボディ１２のＸ２方向の端部に連結された筒状体のヨーク８４と、ヨーク８４のＸ方向に沿った両端で内方に突出するように各々設けられた２つの永久磁石８６ａ、８６ｂと、ヨーク８４の内方でＸ方向に沿って設けられ、且つ、可動子１６の一部を構成する可動部８０とを有する。可動部８０は、ヨーク８４と向かい合うようにヨーク８４の内方で中心軸１４と略同軸に配置された鉄心８８と、鉄心８８に巻回されたコイル９０とを有する。この場合、鉄心８８の中央部にヨーク８４に向かって突出する突出部８８ａを形成し、該突出部８８ａを中心にコイル９０を巻回することにより鉄心８８にコイル９０が配置される。
【０１１４】
図１４Ａは、中立位置における駆動部１８の配置を図示している。この場合、鉄心８８の突出部８８ａのＸ方向に沿った中心位置と、２つの永久磁石８６ａ、８６ｂの中間位置とが略一致していることが望ましい。また、ヨーク８４は、可動部８０の移動範囲内で、該可動部８０を覆うように設けられていることが望ましい。
【０１１５】
ここで、一例として、可動部８０を含む可動子１６（図１参照）をＸ１方向に摺動させる場合について説明する。図１４Ａに示すように、２つの永久磁石８６ａ、８６ｂが着磁している場合、永久磁石８６ａからの磁束は、ヨーク８４及び突出部８８ａ等を通る磁路を形成する。これにより、可動部８０には、図１４Ｂで黒塗りの矢印に示す該磁束による磁気吸引力が発生する。この結果、該磁気吸引力に起因して、白抜きの矢印で示すＸ１方向への推力が発生し、可動子１６は、第１弾性部６２のＸ２方向への第１弾性力に抗して、連結部５８と共にＸ１方向に摺動される（図２Ｃ参照）。
【０１１６】
また、図１４Ｃに示すように、コイル９０への通電により、可動部８０の周辺に磁束が発生している場合、この磁束は、突出部８８ａを含む鉄心８８等を通る磁路を形成し、突出部８８ａは、Ｓ極に着磁する。これにより、可動部８０に作用する磁気吸引力が一層大きくなり、Ｘ１方向への推力が大きくなる。この結果、可動子１６は、連結部５８と共にＸ１方向に容易に摺動される（図２Ｃ参照）。
【０１１７】
一方、Ｘ１方向に可動子１６が移動している場合に、コイル９０への通電を停止すると、磁気吸引力が低下する。これにより、第１弾性力が中立位置への復元力となり、可動子１６及び連結部５８は、Ｘ２方向に沿って図２Ａの中立位置にまで復帰することが可能となる。
【０１１８】
また、図１５Ａ〜図１５Ｃの場合、サーボバルブ１０の駆動部１８は、バルブボディ１２（図１参照）のＸ２方向の端部に連結された筒状体のヨーク９２と、ヨーク９２のＸ方向に沿った中央部に設けられた永久磁石９４と、永久磁石９４と向かい合うようにヨーク９２の内方でＸ方向に沿って設けられたコイル９６と、ヨーク９２の内方でコイル９６を貫通するようにＸ方向に沿って設けられ、且つ、可動子１６の一部を構成する鉄心９８（可動鉄心形の可動部８２）とを有する。この場合、コイル９６は、中心軸１４と略同軸に配置されている。また、鉄心９８は、コイル９６の中心の空洞部分を貫通するように、中心軸１４と略同軸に配置されている。
【０１１９】
図１５Ａは、中立位置における駆動部１８の配置を図示している。この場合、永久磁石９４の中心位置（ヨーク９２の中心位置）と、コイル９６の位置と、鉄心９８のＸ方向に沿った中心位置とが略一致していることが望ましい。
【０１２０】
ここで、一例として、鉄心９８を含む可動子１６（図１参照）をＸ１方向に摺動させる場合について説明する。図１５Ａに示すように永久磁石９４が着磁している場合、永久磁石９４からの磁束は、突出部９２ａ（ヨーク９２）、鉄心９８等を通る磁路を形成する。これにより、鉄心９８には、図１５Ｂで黒塗りの矢印に示す該磁束による磁気吸引力が発生する。この結果、該磁気吸引力に起因して、白抜きの矢印で示すＸ１方向への推力が発生し、可動子１６は、第１弾性部６２のＸ２方向への第１弾性力に抗して、連結部５８と共にＸ１方向に摺動される（図２Ｃ参照）。
【０１２１】
また、図１５Ｃに示すように、コイル９６への通電により、鉄心９８の周辺に磁束が発生している場合、この磁束は、鉄心９８や、突出部９２ａを含むヨーク９２等を通る磁路を形成し、各突出部９２ａ、９２ｂ及び鉄心９８の両端は、Ｎ極又はＳ極に着磁する。これにより、鉄心９８に作用する磁気吸引力が一層大きくなり、Ｘ１方向への推力が大きくなる。この結果、可動子１６は、連結部５８と共にＸ１方向に容易に摺動される（図２Ｃ参照）。
【０１２２】
一方、Ｘ１方向に可動子１６が移動している場合に、コイル９６への通電を停止すると、磁気吸引力が低下する。これにより、第１弾性力が中立位置への復元力となり、可動子１６及び連結部５８は、Ｘ２方向に沿って図２Ａの中立位置にまで復帰することが可能となる。
【０１２３】
また、本実施形態に係るサーボバルブ１０は、図１６に示す変形例のように構成することも可能である。この変形例では、第１弾性部６２の一端がスプール５４のＸ１方向側の端部に固定されると共に、第１弾性部６２の他端がエンドカバー２２に固定され、且つ、第１固定部５６が省略されている点で、図１の構成とは異なる。従って、連結部５８には、第２弾性部６４のみ連結されている。この場合でも、第１弾性部６２は、スプール５４を含む可動子１６をＸ２方向に押圧する。これにより、変形例では、図１の構成と同様の動作を行うことができる。
【０１２４】
図１７は、図１６の変形例での可動子１６の位置と可動子１６に作用する力との関係を図示したものである。この場合、第１弾性力と第２弾性力との合力がばね力であり、ばね力と磁気吸引力との合力が復元力となる。前述のように、図１６の変形例は、図１の構成と同様の動作を行う。そのため、図１７においても、復元力は、図４と同様の結果となる。従って、図１６の変形例でも、可動子１６の位置の制御性を向上させることができる。
【０１２５】
［５．本実施形態の効果］
以上説明したように、本実施形態に係るサーボバルブ１０において、第１弾性部６２及び第２弾性部６４は、Ｘ方向に沿った互いに異なる方向の弾性力（第１弾性力、第２弾性力）を有する。
【０１２６】
そのため、可動子１６の中立位置において、連結部５８は、第２弾性力によって、バルブボディ１２における駆動部１８の反対側（Ｘ１方向側の段差部６６）と、可動子１６における駆動部１８の反対側（Ｘ１方向側のスプール５４）とに押し付けられる。これにより、連結部５８は、Ｘ１方向への移動が規制されるので、第２弾性部６４の位置は、バルブボディ１２の内方（孔部２０の大径部分２０ｂ）で規制される。この結果、第２弾性力は、可動子１６に作用せず、該可動子１６は、連結部５８と当接する中立位置で位置決めされる。
【０１２７】
次に、駆動部１８の駆動によって、可動子１６が駆動部１８側（Ｘ２方向）に摺動する場合、可動子１６は、第２弾性力に抗して、連結部５８と共にＸ２方向に摺動する。この場合、駆動部１８が駆動を停止すると、第２弾性力が復元力となり、連結部５８及び可動子１６は、Ｘ１方向に沿って中立位置にまで復帰する。
【０１２８】
一方、駆動部１８の駆動によって、可動子１６が駆動部１８の反対側（Ｘ１方向）に摺動する場合、段差部６６に連結部５８が当接している状態で、可動子１６は、第１弾性力に抗して、Ｘ１方向に摺動する。この場合、駆動部１８が駆動を停止すると、第１弾性力が復元力となり、可動子１６は、Ｘ２方向に沿って中立位置にまで復帰する。
【０１２９】
従って、本実施形態では、可動子１６がＸ２方向に移動する場合、又は、可動子１６がＸ１方向に移動する場合、いずれの場合でも、中立位置に対する可動子１６の位置決め制御（複数のポート２４に対する開度制御）を安定に行うことができる。この結果、良好なクローズドセンタ、エキゾーストセンタ又はプレッシャセンタの機能を有するサーボバルブ１０を実現することができる。
【０１３０】
この場合、図１の構成のように、第１弾性部６２の一端が可動子１６の駆動部１８側の第１固定部５６に固定され、第２弾性部６４の一端がバルブボディ１２の駆動部１８側の第２固定部６０に固定され、第１弾性部６２の他端及び第２弾性部６４の他端が連結部５８に連結されている。これにより、簡易な構成で、中立位置に対する可動子１６の位置決めの制御性を向上させることができる。
【０１３１】
また、サーボバルブ１０において、駆動部１８は、可動磁石形の可動部（図１及び図３Ａ〜図３Ｃの磁石部３６）、可動コイル形の可動部８０（図１４Ａ〜図１４Ｃ参照）、又は、可動鉄心形の可動部８２（鉄心９８）（図１５Ａ〜図１５Ｃ参照）を有する。これにより、可動子１６をＸ方向に沿って容易に摺動させることができる。このように、可動磁石形、可動コイル形又は可動鉄心形のいずれの場合であっても、可動子１６の位置決めの制御性を向上させることができる。
【０１３２】
また、本実施形態では、駆動部１８から可動子１６に作用する磁気吸引力と、第１弾性力又は第２弾性力とを釣り合わせることで、可動子１６を中立位置に復帰させるための復元力を調整可能である。これにより、可動子１６の位置決め制御を向上させることができる。特に、磁気吸引力と第１弾性力又は第２弾性力とを釣り合わせることで、可動子１６のＸ方向に沿った位置に関わりなく復元力が一定となるように、該復元力を調整すれば、可動子１６の位置決め制御を一層向上させることができる。
【０１３３】
ここで、サーボバルブ１０が磁石部３６を有する場合、コイル３４への通電によって磁石部３６の周辺に磁束が発生し、該磁束に起因する磁気吸引力が磁石部３６に作用することで、第１弾性部６２又は第２弾性部６４の弾性力に抗して、磁石部３６を含む可動子１６をＸ方向に沿って摺動させることができる。つまり、駆動部１８は、磁石部３６をＸ方向に移動させるリニアモータとして機能する。これにより、可動子１６を容易に位置決め制御することができるので、外部からコイル３４に供給される入力信号に対するサーボバルブ１０の応答性を向上させることができる。
【０１３４】
また、コイル３４に通電したときに、第１突出部４０ａ又は第２突出部４０ｂが磁束の磁路の一部を構成するので、磁石部３６がＸ方向に沿って移動し、磁石部３６と第１突出部４０ａ又は第２突出部４０ｂとが接近する程、磁気吸引力が大きくなる。また、磁気吸引力と第１弾性力又は第２弾性力とを釣り合わせることで、図４及び図１３に示すように、可動子１６の位置によらず、可動子１６の中立位置への復元力を一定とすることができる。従って、サーボバルブ１０の制御性（可動子１６の位置決め制御、サーボバルブ１０の応答性）を向上させることができる。
【０１３５】
この場合、第１突出部４０ａと第２突出部４０ｂとの間にコイル３４を設け、可動子１６が中立位置にあるときの磁石部３６のＸ方向に沿った位置と、コイル３４のＸ方向に沿った位置とを略同じ位置とすれば、サーボバルブ１０の制御性をさらに向上させることができる。
【０１３６】
また、可動子１６の摺動に伴う磁石部３６のＸ方向に沿った移動範囲内で、該磁石部３６を覆うように第１ヨーク３２をバルブボディ１２に連結すれば、サーボバルブ１０の制御性を一層向上させることができる。
【０１３７】
また、コイル３４をＸ方向で挟み込むようにサイドヨーク３２ａ及びアウタヨーク３２ｂを配置して第１ヨーク３２を構成することで、サーボバルブ１０の組み立て性を向上させることができる。
【０１３８】
さらに、磁石部３６は、Ｘ方向に沿って配置され且つＸ方向に着磁された第１永久磁石３６ａ及び第２永久磁石３６ｂと、第１永久磁石３６ａと第２永久磁石３６ｂの間に介挿された第２ヨーク３６ｃとから構成される。これにより、コイル３４に通電した際、磁石部３６の周辺に発生する磁束が第２ヨーク３６ｃを通過するので、磁石部３６には、磁気吸引力に起因する大きな推力がＸ方向に発生する。これにより、第１弾性力又は第２弾性力に抗して、可動子１６をＸ方向に沿って容易に摺動させることができる。
【０１３９】
この場合、第１永久磁石３６ａ及び第２永久磁石３６ｂを互いに異なる着磁方向に着磁させると、可動子１６をＸ１方向又はＸ２方向に容易に摺動させることができる。
【０１４０】
また、サーボバルブ１０は、Ｘ方向に沿って磁石部３６に近接配置され、磁石部３６からの磁束密度を検出する磁気センサ４８をさらに備えるので、磁気センサ４８が検出した磁束密度の変化から、中立位置に対する可動子１６の位置を容易に把握することができる。この結果、可動子１６の位置に応じてコイル３４に供給する入力信号を調整することで、適切なサーボ制御を行うことができる。
【０１４１】
また、可動コイル形の可動部８０又は可動鉄心形の可動部８２（鉄心９８）を有するサーボバルブ１０でも、上述の可動磁石形の可動部（磁石部３６）を有するサーボバルブ１０と同様に、磁気吸引力によって可動子１６をＸ方向に沿って摺動させることができるので、可動子１６を容易に位置決め制御することができる。この場合も、サーボバルブ１０の応答性を向上させることができる。
【０１４２】
さらに、図１６の変形例のように、第１弾性部６２の一端が可動子１６のスプール５４に固定され、第１弾性部６２の他端がエンドカバー２２に固定され、第２弾性部６４の一端が第２固定部６０に固定され、第２弾性部６４の他端が連結部５８に連結されている場合でも、図１の構成と同様に、簡易な構成で、中立位置に対する可動子１６の位置決めの制御性を向上させることができる。
【０１４３】
さらに、第１弾性部６２及び第２弾性部６４がばね部材であれば、サーボバルブ１０の低コスト化を実現することができる。
【０１４４】
なお、本発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることは勿論である。
【符号の説明】
【０１４５】
１０…サーボバルブ                    １２…バルブボディ
１６…可動子                          １８…駆動部
２４…ポート                          ２６…開口
２８…スリーブ                        ３２…第１ヨーク
３２ａ…サイドヨーク                  ３２ｂ…アウタヨーク
３４、９０、９６…コイル              ３６…磁石部
３６ａ…第１永久磁石                  ３６ｂ…第２永久磁石
３６ｃ…第２ヨーク                    ４０ａ…第１突出部
４０ｂ…第２突出部                    ４８…磁気センサ
５０…コネクタシャフト                ５４…スプール
５６…第１固定部                      ５８…連結部
６０…第２固定部                      ６２…第１弾性部
６４…第２弾性部                      ８０、８２…可動部
８４、９２…ヨーク                    ８６ａ、８６ｂ、９４…永久磁石
８８、９８…鉄心
８８ａ、９２ａ、９２ｂ…突出部
【図１】
2019100524.tif 000003
【図２】
2019100524.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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