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豆 知 識:油圧制御弁の種類 (2008-6-11)  

 ■サーボ弁か比例弁か?

 「サーボ弁」と「電磁比例弁」の分類は学会でも、業界でも定義されていません。
 電磁比例弁とは、いろいろなメーカーがそれぞれの解釈で製造、販売しているようです。また、名称、呼称もメーカーによってまちまちです。
 なんとなく、Nozzle- Flapper型の油圧制御弁をサーボ弁と呼び、スプールを直接駆動する弁を電磁比例弁といっているようです。

 それらの制御弁も細かく分類すると様々なモデルがあり、様々な特徴があります。
 ソレノイドタイプの電磁比例弁とサーボ弁との違いは、オリフィス構造の違いが基本的にあるとの理解をしています。
 つまり、サーボ弁はメータインとメータアウトの両方に可変絞りを有しており、制御性は良いがエネルギー効率は大変悪い。
 それに対して比例弁はメータイン、メータアウトのうち必要ないずれか一方の絞りで、流量、圧力等を制御するので、サーボ弁に比し効率的には上回るというものです。
 そこで、安価タイプで両オリフィスを有したものは、多くは電磁サーボ比例弁とか簡易サーボ弁とかといわれていると理解しています。
電磁比例弁 サーボ弁 簡易サーボ弁
インとアウトが一方だけの可変絞りもあり インとアウト両方に可変絞りあり インとアウト両方に可変絞りあり
簡易サーボ弁より低速 高速 低速
取り扱いが簡便 取り扱いにノウハウが必要 汎用性があり一般によく使われる

 もうひとつは、応答周波数特性で、サーボ弁を名乗るには少なくとも数十ヘルツの応答性、スレショルド、ラップコンディションの変更を対応できないと、なかなか恥ずかしくてあんべえわりいと思います。
 いずれにしても、スプールを駆動する方法(手段)の違いであり、とても広義の意味ではいずれもサーボ弁と解釈できます。


 ■比例弁、誕生の生い立ち

 昭和40年の初期(いまから40年前)に、一早く東京精密測器では、将来の需要増を予測しコスト低減の目的で今で言う電磁式サーボ比例弁(10F型)を開発したそうです。
 残念ながら、商品化するには時期尚早で、その後生産、販売打ち切りになりました。
 その後、昭和50年以降(?)、世界各国の油圧機器専門メーカーはサーボ弁のゴミによるトラブル解消や、サーボ弁ほど高い性能を必要としない市場を狙って続々と比例弁を開発、商品化されていきました。

 ■油圧制御弁の大分類

1. 2段型サーボ弁(Nozzle-Flapper駆動方式)
2. 高性能直動型サーボ弁(スピーカーと同じ構造のフォースモータでスプールを直接駆動、スプールはLVDTにより位置決め制御されている)
3. 一般的な、電磁比例弁(AC,DCソレノイドでスプールを直接駆動、スプールは位置決め制御されていないものが多い)
油圧制御弁 2段型サーボ弁(Nozzle-Flapper駆動方式)
高性能直動型サーボ弁(ヴォイスコイル駆動)
電磁比例弁

 ■制御弁の機種選定

 位置、圧力、速度などの制御でフィードバック制御を必要とするシステムを構築する場合、現状はNozzle-Flapper型サーボ弁が圧倒的に採用されていると思われます。

 全くの個人的な見解ですが、特例を除き、需要の90%以上は耐ゴミ性の高い比例弁でまかなえると考えます。
 比例弁は流体軸力の影響、大きな電気パワーが必要など弱点があるので、設計上多少考慮する必要があります。適材適所の機種選定が重要でしょう。

 特に、試験機業界は世界的にNozzle-Flapper方式の制御弁を圧倒的に採用されていますが、今後は高性能直動型サーボ弁の採用を検討する必要があると考えます。
 一方、メーカー側では、高性能試験機に対応できる高性能化、コストダウン、システムエンジニアリングの支援などが求められると考えます。

 ちょっと長くなり、2口知識になっちゃいました。

(基本:かなた みの+S.K.)

 社内でも見解が分かれる部分があり、掲載には苦慮しました。後日、修正されるかもしれません…  (匝)

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