サーボ弁の選定ガイド

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一般産業用の代表的アプリケーションにおける要求[ L/min ］
10,000ダンパ試験機
衝突試験機
震動台

大型プレス
ダイキャストマシン
制振装置

1,000

ダイクッション
石油探査

圧延機
クローラ型車両
製材

中型プレス

射出成形機

定格流量

Pv=7MPa

フライトシミュレータ
鋳型振動

船舶スタビライザ

疲労試験機

100

クレーン、ホイスト

マテハン

動的試験機
油圧ロボット

船舶操舵

農業機械

静的試験機

内圧試験機
工作機械

研削盤
コンベア

中空成形

タービン制御10引張試験

モータースポーツ
加振機

1
110

周波数応答特性2

100ー 90 °位相遅れ点（± 25％指令時）

1,000[ Hz ］

サーボ弁の選定●●

2 つの重要なパラメータである制御系のパワー・レベルとその周波数応答特性は、アプリケーションの条件を満足したものでなければなりません。
サーボ弁の性能に余裕を持たせ過ぎると、コストが高くなったり、システムの性能が逆に低下することもあります。

ムーグでは、制御特性を使用条件によりマッチさせるため、各種の標準サーボ弁を取り揃えております。

正しいサーボ弁の選定基準
本書は、サーボ弁の、2 つの重要なパラメータを決定する際のガイドとなるものです。
●

コントロール・パワーまたは流量

●

周波数応答

この 2 つのパラメータの兼ね合いにより、必要なサーボ弁の形式が決まります。
各サーボ弁のそれぞれのカタログには、下に示すような、二次的パラメータが記載されています。
●

定格圧力

●

電気仕様

●

取付方法

●

静的および動的性能●

アクセサリー（内蔵フィルター、機械的入力装置、ゼロ調整装置など）

●

外形寸法

サーボ弁による制御の特徴
サーボ弁は、絞り効果を利用して定圧供給源とアクチュエータ間の流量の調整を行ないます。
そのため、サーボ弁を最も良い条件で使うには、できる限り、アクチュエータのすぐそばに取り付け、負荷応答時間を短かくしなければなりません。
また、何台ものサーボ弁を同一供給源で、作動させることも可能です。
サーボ弁を使用した場合、他のいかなる種類の油圧装置を使用するよりも優れた制御精度や動特性が得られます。
しかし、系の効率は、サーボ弁の絞りの効果によるパワーの損失があるため、他の場合に比べ、やや低下します。

3

サーボ弁を選定する際の重要なパラメータ
サーボ弁の容量■ 負荷条件に合うこと
アクチュエータは、普通、供給圧における最大出力（場合によってはトルク）で大きさが決定されます。
これが最大負荷加速力であり、また、最大負荷保持力です。ついで、サーボ弁の容量を、限界負荷速度条件に合わせて決めます。
これは、一般に、同時に要求される負荷速度と負荷力で表します。
無負荷時の速度は、流量と圧力が平方根関係にあるのでかなり速くなります。

Q NL=Q LPS
P S − PL

：無負荷時にサーボ弁を流れる流量
Q NL：負荷時の流量
QL：供給圧PS
P S − PL ：負荷圧力差■ 標準サーボ弁仕様に符合していること
サーボ弁の容量は、普通、サーボ弁圧力降下 7MPa の場合の値で表されます。
この定格流量は、供給圧 7MPa であれば負荷圧力差が 0 のときに最大制御流量に等しくなります。
サーボ弁の定格流量は次の式で求める Q R 以上のものを選定します。

Q R=Q NL

Q R ：圧力 7MPa 時のサーボ弁の定格流量
Q NL ：上式で求めた、無負荷時にサーボ弁を流れる流量
P S ：実際の供給圧

7PS

サーボ弁の容量は、システムの精度を低下させないように不必要に大きめに選ばない事が重要です。

100 ％（無負荷時の最高速度）

100 ％Q NL

Q ：Ki P S − PL
Q ：制御流量A ：アクチュエータ面積
i ：入力電流
K ：定数

100 ％
負荷流量（Q ）負荷速度（Q / A ）サーボ弁の入力電流

75％

50 ％

25％

0（中立状態のサーボ弁）0

負荷圧力差（P L ）0

負荷力（P L A ）100 ％ =P S（最大負荷圧力差）

電流および負荷圧力に対する制御流量特性
サーボ弁の定格流量の公差は、通常± 10 ％です。

4P SA（最大負荷力）

サーボ弁の周波数応答特性4250

近似可能な範囲2225

代表的なサーボ弁応答

0200−2175−4150−6125−8100− 1075− 1250− 1425− 16510203050100200300

減衰係数が 0.7 の二次周波数応答特性

90 °位相遅れの周波数
位相遅れ（度）

入出力振幅比（dB）

サーボ弁の位相遅れが 90 °のときの周波数は、その応答性を比較するのに使うことが可能です。
位置遅れが 90 °以下の周波数範囲にあるサーボ弁の周波数応答特性は、減衰比が 0.5 と 0.7 の間の二次伝達関数で近似値を出すことができます。そのため、90 °位相点は、サーボ弁の応答を比較する上においては、便利で、しかも簡単な方法です。

0500

周波数（Hz ）サーボ弁の周波数応答は、入力信号の振幅や供給圧によって変化します。そのため、条件を統一しないと相対的な比較ができません。比較する際には、± 40% の正弦波入力信号および 21MPa の供給圧で測定した応答を使うのがよいでしょう。サーボ弁の応答は、供給圧を高くすると若干よくなります。
（各サーボ弁のカタログを参照してください）■ 閉ループ制御（電気的フィードバック付）
最高の性能を発揮させるためには、サーボ弁の 90 °位相遅れの点における周波数は、負荷の共振周波数の 3 倍以上が望ましいとされています。負荷の共振周波数は、普通、負荷の質量と流体の圧縮性で決定され、油柱共振とも呼ばれます。

Fn=

Ko=

η=

1

Ko

2π

M4βA
X

AXV

η

Fn ：負荷の共振周波数（Hz ）Ko ：流体のスティップネス（N/m）
M ：負荷の質量（kg ）β：流体の体積弾性係数 普通 0.7 − 1.4GPa
A ：両ロッドシリンダの面積（m 2）
X ：ピストンの全ストローク（m）
η：体積効率AX ：ピストンのストロークによる吐出量（m 3）
V ：サーボ弁のコントロール・ポートとシリンダ・ピストン間の全流体容量（m 3）5負荷共振周波数を上げるために、ときには、アクチュエータの面積を大きくした方がよいこともあります。そのためには、サーボ弁を大きくし、油圧供給装置の流量を上げる必要があります。もし、負荷共振周波数が、サーボ弁の 90 °位相点より高いと、系のループ・ゲイン（および精度）は、おそらく、サーボ弁の応答によって制限を受けます。
※ もし、取付構造が弱いと、負荷共振周波数は、アクチュエータの全体のスティップネス（K A ）で決定されることになります。そして、この K A は流体のスティップネス（KO）と構造物のスティップネス（K S）の兼ね合いで決まるもので、次の式で表されます。

K A=

KO・ K S
KO＋ K S

■ 計算例

選定の手順
つぎの手順に従って、正しいサーボ弁を選定してください。

A. 可能な供給圧 Ps（MPa）と静止時※の所要負荷力 Fs（N）からアクチュエータの面積 A（cm2）を決定します。
※動的な負荷力 Fd が与えられている時は、Fs=1.3 × Fd として A を求めます。
A=Fs× 0.01
Ps

B. 限界負荷速 度 X L（ cm/sec ）とこの速 度におけるアクチュエータの所要負荷力 F L（ N）から、サーボ弁の負荷時の流量Q L（ L/min）と負荷圧力差 P L（ MPa ）を求めます。
Q L=A X L × 0.0 6

P L=

FL× 0.01
A

C. 無負荷時の流量（Q NL、L/min）を計算します。
Q NL=Q LPS
P S−PL

D. サーボ弁の定格流量（Q R、L/min ただし、圧力降下 7MPa において）を求め、10% の安全率を加えます。
Q R=1.1 × Q NL

7Ps

E. フィードバック制御系の負荷共振周波数を計算します。（前ページ参照）
サーボ弁の 90 °位相遅れ点の周波数は、負荷共振周波数の 3 倍以上を目安にします。
F.

サーボ弁の所要流量（手順 D）と周波数（手順 E）は 7 〜 8 ページの表とチャートを参考に求めます。

G. 流量容量と周波数が、同等かあるいはそれ以上のサーボ弁ならば、どんなサーボ弁でも十分です。

ただし、サーボ弁の定格流量が大き過ぎると装置の精度に悪影響が出ますので選定に際してはご注意ください。

H. データ・シートやカタログには、それぞれのサーボ弁のインフォメーションが載っており、定格電 流、電 気的接 続、最 大供給圧、パイロット供給などを選択する際の詳細な説明が記載されています。

I.

6

サーボ制御系の精度にサーボ弁のヒステリシス特性やスレショルド特性、中立 点変 動特性が影 響しますので選 定の判断材料にします。

サーボ弁 性能表
分類

DDV-EFBDDV

EFB-ServoJet パイロット弁

EFB-DDV パイロット弁

ＭＦＢ

3 段 MFB パイロット弁

型式

定格圧力

D633

28 MPaD634

35 MPaJ841

21 MPaD661-G..A35 MPaD661

35 MPaD662

35 MPaD663
D664

35 MPa35 MPaD665

35 MPaD681

35 MPaD682

35 MPaD683
D684

35 MPa35 MPaD685

35 MPaG761/761

31.5 MPa

J072/072

21 MPaG631/631

31.5 MPa

J869

21 MPaJ079-100

35 MPaJ079-200J790-200J790-400
J790-600

35 MPa25 MPa25 MPa25 MPa定格流量

周波数応答特性

Pv=7MPaー 90 °位相遅れ点（± 25 ％指令時）

5 L/min
10 L/min20 L/min
40 L/min
60 L/min
100 L/min
10 L/min20 L/min
30 L/min
40 L/min
60 L/min
80 L/min20 L/min
40 L/min
80 L/min90 L/min
120 L/min
160 L/min
200 L/min
80 L/min
160 L/min
200 L/min
400 L/min
625 L/min
900 L/min
1,450 L/min
2,500 L/min
3,800 L/min
80 L/min
160 L/min
200 L/min
400 L/min
625 L/min
900 L/min
1,450 L/min
2,500 L/min
3,800 L/min
4 L/min
10 L/min19 L/min38 L/min
63 L/min95 L/min
152 L/min
228 L/min
5 L/min
10 L/min20 L/min
40 L/min
60 L/min
75 L/min3 L/min5 L/min
11 L/min21 L/min32 L/min
42 L/min
64 L/min
114 L/min
228 L/min
760 L/min
1,300 L/min
2,000 L/min
3,500 L/min

80 Hz
80 Hz
80 Hz
80 Hz
65 Hz
65 Hz
200 Hz200 Hz200 Hz200 Hz200 Hz150 Hz
120 Hz90 Hz
90 Hz
120 Hz
80 Hz
80 Hz
80 Hz
60 Hz
60 Hz
60 Hz
50 Hz
50 Hz
35 Hz
35 Hz
25 Hz
25 Hz
82 Hz
82 Hz
82 Hz
72 Hz
72 Hz
72 Hz
72 Hz
25 Hz
20 Hz
210 Hz ※210 Hz ※210 Hz ※180 Hz ※100 Hz ※80 Hz ※
70 Hz ※
50 Hz ※
65 Hz
65 Hz
65 Hz
65 Hz
65 Hz
65 Hz
70 Hz
70 Hz
70 Hz
70 Hz
70 Hz
70 Hz
70 Hz
90 Hz ※
60 Hz ※
80 Hz
60 Hz ※
50 Hz ※
45 Hz ※

※ ± 40 ％指令時

7サーボ弁 制御条件
[ L/min ］
10,000

定格流量

Pv=7MPa

1,000

10010

110010周波数応答特性

8ー 90 °位相遅れ点（± 25％指令時）1,000[ Hz ］

D633

G761 / 761

D634

J072 / 072

J841

G631 / 631

D661-G..A

J869

D661, D662, D663, D664, D665

J079-100, J079-200

D681, D682, D683, D684, D685

J790-200, J790-400, J790-600

製品一覧

D633

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J841

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G631 / 631

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