(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スリーブ内に回転自在に配置されたスプールと、このスプールを可逆的に回転させるモータとを備え、スプールの回転方向、回転角に応じて流体の供給方向、流量を制御する回転式制御弁において、前記スプールが、同軸的に配置された第１のスプールと第２のスプールとから構成され、第１のスプールはトーションバーを介してモータのロータに連結され、第２のスプールは、通常は、該第２のスプールを回転方向の中立位置に保持するように設けたスプリングにより中立位置に保持されると共に、モータの回転角が所定の範囲を越えたときにロータと係合して回転するように構成されることを特徴とする回転式制御弁。
【請求項２】
前記第２のスプールは、その回転半径方向に突出するレバーをもち、かつ円周方向に所定の幅の凹溝を形成し、前記レバーを両側からスプリングに付勢されたプランジャにより挟み付けて第２のスプールを中立位置に保持する一方、前記凹溝にはモータと一体に回転するアームが挿入され、モータ回転角が所定値を越えたときにアームが凹溝の側壁と係合し、第２のスプールを一体に回転させるように構成される請求項１に記載の回転式制御弁。
【請求項３】
前記第２のスプールの中心には貫通孔が形成され、前記トーションバーがこの貫通孔を通して第１のスプールとモータとを連結する請求項１または２に記載の回転式制御弁。
【請求項４】
前記第１のスプールの回転角を検出するセンサと、モータの回転角を検出するセンサとを備え、両センサの出力差から第１のスプールの回転作動不良を判断するように構成される請求項１〜３のいずれか一つに記載の回転式制御弁。
【請求項５】
第１のスプールの回転作動不良を判断したときにはモータを通常の回転角範囲よりもさらに大きく回転させるように構成されている請求項４に記載の回転式制御弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はモータによりスプールを回転させて流体の流れ方向、流量を制御する回転式制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＤＣモータによりバルブスプールを回転させ、その回転方向、回転角度に応じて流体の流れる方向及び流量を制御する回転式制御弁として、回転式直動型サーボ弁が知られている。
【０００３】
これは図７〜図９に示すように構成されていて、バルブハウジング１の内部には同心的にスリーブ２が配置固定され、このスリーブ２の中心には円柱形のスプール３が、その軸心回りに回転自在に挿入される。
【０００４】
スプール３にはリザーバに連通するリターンポートＲを、作動ポートＣ１とＣ２に選択的に接続するバルブ孔４が、さらにポンプに連通する供給ポートＰを作動ポートＣ１とＣ２に選択的に接続するバルブ孔５とが、それぞれ軸心と直交方向に貫通形成される。
【０００５】
スプール３の軸方向の一端の延長軸部６は、軸受６Ａ，６Ｂによりバルブハウジング１に対して回転自在に支持されると共に、この延長軸部３Ａの外周にはＤＣモータ８のロータ９が嵌合し、ステータ１０への通電に応じてロータ９が回転すると、これと一体にスプール３が回転するようになっている。
【０００６】
スプール３の反対側の端部に位置してバルブハウジング１には、スプール回転位置を検出するバルブ位置センサ１１が取付けられ、ＤＣモータ８の回転量をフィードバック制御する。
【０００７】
ＤＣモータ８への電流値に応じてスプール３が可逆的に回転し、例えば、図８、図９において、スプール３が反時計回りに回転し、バルブ孔５を介して供給ポートＰが作動ポートＣ１に連通するのと同時にバルブ孔４を介してリターンポートＲが作動ポートＣ２に連通すると、作動ポートＣ１に流体が供給され、作動ポートＣ２から流体が排出され、かつそのときの供給量はスプール３の回転角に応じて制御される。
【０００８】
スプール３の回転角はバルブ位置センサ１１により検出され、これに応じてＤＣモータ８の制御電流がフィードバック制御されるので、スプール３により制御される流体の実際の供給方向、供給量が目標値と正しく一致する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような回転式直動型のサーボ弁にあって、スリーブ２とスプール３との摺動隙間に異物が侵入して噛み込んだようなときは、モータ８の回転トルクにより異物をせん断し、抵抗に打ち勝ってスプール３を回転させる必要があるが、噛み込んだ異物をせん断できないときはスプール３が回転せず、制御不能に陥ることがある。
【００１０】
本発明はこのような問題を解決するため、通常の制御に使用しているスプールが固着したら、もう一方のスプールにより制御を続行可能とした回転式制御弁を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、スリーブ内に回転自在に配置されたスプールと、このスプールを可逆的に回転させるモータとを備え、スプールの回転方向、回転角に応じて流体の供給方向、流量を制御する回転式制御弁において、前記スプールが、同軸的に配置された第１のスプールと第２のスプールとから構成され、第１のスプールはトーションバーを介してモータのロータに連結され、第２のスプールは、通常は、該第２のスプールを回転方向の中立位置に保持するように設けたスプリングにより中立位置に保持されると共に、モータの回転角が所定の範囲を越えたときにロータと係合して回転するように構成される。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明において、前記第２のスプールは、その回転半径方向に突出するレバーをもち、かつ円周方向に所定の幅の凹溝を形成し、前記レバーを両側からスプリングに付勢されたプランジャにより挟み付けて第２のスプールを中立位置に保持する一方、前記凹溝にはモータと一体に回転するアームが挿入され、モータ回転角が所定値を越えたときにアームが凹溝の側壁と係合し、第２のスプールを一体に回転させるように構成される。
【００１３】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記第２のスプールの中心には貫通孔が形成され、前記トーションバーがこの貫通孔を通して第１のスプールとモータとを連結する。
【００１４】
第４の発明は、第１〜第３の発明において、前記第１のスプールの回転角を検出するセンサと、モータの回転角を検出するセンサとを備え、両センサの出力差から第１のスプールの回転作動不良を判断するように構成される。
【００１５】
第５の発明は、第４の発明において、第１のスプールの回転作動不良を判断したときにはモータを通常の回転角範囲よりもさらに大きく回転させるように構成されている。
【００１６】
【発明の作用・効果】
第１の発明において、通常は、モータにトーションバーを介して連動する第１のスプールにより流体の供給方向及び供給量が制御され、この場合第２のスプールは中立位置に保持されるので、制御が相互に干渉されることはない。
【００１７】
これに対して、第１のスプールが異物の噛み込みなどにより回転不能に陥った異常時など、このときにもトーションバーを捩りつつモータは回転し、この回転角が通常の回転範囲を越えれば、第２のスプールがモータと一体に回転するため、これにより流体の供給方向、供給量が制御される。このため、第１のスプールが異物の噛み込みなどにより回転不能になったとしても、第２のスプールにより流体の制御を継続することができ、フェールセーフの機能を発揮しうる。
【００１８】
第２の発明では、第２のスプールは通常はスプリングにより中立位置に保持され、モータの回転角が所定の範囲を越えると、凹溝に入っているアームが側壁に係合し、それ以後は第２のスプールをスプリングに抗して一体に回転させるので、通常の範囲では第２のスプールは中立位置に保持され、第１のスプールによる制御と干渉することがなく、制御の安定性が維持される一方、モータの回転角が通常の範囲を越えたときなど、モータと一体に回転するアームにより確実に第２のスプールを回転させられ、流体の制御を確実に継続することができる。
【００１９】
第３の発明では、トーションバーが第２のスプールの貫通孔を通して第１のスプールと連結するので、トーションバーを配置するスペースの無駄を省き、全体的に小型化が図れる。
【００２０】
第４の発明では、第１のスプールが回転不能となったときなど、モータの回転角が大きくなっても、第１のスプールの回転角は変化しないため、この場合には両方のセンサの出力の差が大きくなり、したがって両方のセンサ出力を比較することにより、第１のスプールの回転作動不良を確実に判断できる。
【００２１】
第５の発明では、第１のスプールの回転作動不良を判断したときは、モータの回転角を通常の範囲よりも大きくすることにより、第２のスプールを回転させて流体の制御を継続するので、このように同一方向へのモータ回転角を大きくするだけのため、異常時のモータ制御が簡単に実行できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１〜図６において、バルブハウジング１のスリーブ２の中心には、スプールが回転自在に配置されるが、このスプールは、第１のスプール３Ａと、第２のスプール３Ｂとから構成される。第１のスプール３Ａと第２のスプール３Ｂとは同軸的に配置され、第１のスプール３Ａには、第２のスプール３Ｂの中心の貫通孔１３を通してトーションバー１４の先端が一対のピン１５を介して連結し、トーションバー１４の回転により第１のスプール３Ａが回転する。
【００２３】
トーションバー１４の基端はＤＣモータ８のロータ９に内周に固定した回転軸１６の一端に嵌合するスリーブ１６Ａに一対のピン１７を介して連結し、ＤＣモータ８への通電に伴いロータ９が回転すると、これと一体にトーションバー１４も回転するようになっている。
【００２４】
ＤＣモータ８に近い第２のスプール３Ｂの基端側は、図６にも示すように、ハウジング内部空間２０において、軸心と直交して半径方向に伸びるレバー２１が一体に突出形成され、このレバー２１を両側から挟み込むようにして、一対のスプリングカートリッジ２２Ａ，２２Ｂが配置され、スプリング２３により突出方向に付勢されたプランジャ２４によりレバー２１を両側から挟み、第２のスプール３Ｂを中立位置に保持している。
【００２５】
さらに、第２のスプール３Ｂにはレバー２１と反対側に位置して凹溝２５が形成され、この凹溝２５は円周方向に所定の回転角範囲の溝幅をもち、この凹溝２５に前記ロータ９と一体の回転軸１６の一部に連結したアーム２７の一端が入り込み、ロータ９と一体に回動するアーム２７の回動量が一定量を越えると、アーム２７が凹溝２５の側壁と当接し、第２のスプール３Ｂをスプリングカートリッジ２２Ａ，２２Ｂに抗して回転させるようになっている。
【００２６】
したがって、第２のスプール３Ｂは通常は第１のスプール３Ａとは無関係に中立位置に静止しているが、ＤＣモータ８の回転量が所定の回転角を越えると、これと一体に回転し、流体の制御を行う。
【００２７】
図２、図３には第１のスプール３Ａのバルブ孔４と５と、供給ポートＰ、リターンポートＲ、作動ポートＣ１，Ｃ２との関係を示してあり、これらは基本的には前述した図８、図９と同一であり、さらに図４、図５に、第２のスプール３Ｂの制御溝３１、３２と、供給ポートＰ、リターンポートＲ、作動ポートＣ１，Ｃ２との関係を示している。
【００２８】
制御溝３１と３２はそれぞれ対になって、スプール外周に形成され、第２のスプール３Ｂの回転により、例えば制御溝３１を介して供給ポートＰが作動ポートＣ１に接続しているときは、制御溝３２を介してリターンポートＲが作動ポートＣ２と接続するように形成されており、かつ相互の関係は、同一のスプール回転方向について、第１のスプール３Ａと同じポート接続関係が成立するように構成されている。
【００２９】
つまり、第１のスプール３Ａと同一の回転方向に第２のスプール３Ｂが回転したときに切換えられる通路関係は互いに同一となり、もし、第１スプール３Ａにより供給ポートＰと作動ポートＣ１とが連通しているときは、第２スプール３Ｂについても供給ポートＰと作動ポートＣ１とが連通し、このとき、もう一方の作動ポートＣ２はリターンポートＲに連通する。
【００３０】
スリーブ２の内部において、第１のスプール３Ａと第２のスプール３Ｂに対応する位置の供給ポートＰ、作動ポートＣ１，Ｃ２、リターンポートＲとは互いに連通するように形成されている。
【００３１】
前記バルブハウジング１には、第１のスプール３Ａの回転角を検出するためのバルブ位置センサ１１が取付けられ、またＤＣモータ８の回転角を検出するためのジャミングセンサ３４が取付けられ、これら各センサ出力から第１のスプール３Ａとスリーブ２との摺動間隙において噛み込みが発生し、第１のスリーブ３Ａが回転不能、つまり固着（スティック）したことを、図示しない制御回路において判断するようになっている。
【００３２】
すなわち、第１のスプール３Ａが固着しても、トーションバー１４を捩りつつＤＣモータ８は回転することができ、このため、第１のスプール３Ａの回転角よりもＤＣモータ８の回転角が所定値以上大きくなったら、第１のスプール３Ａに固着などの異常が発生したものと判断できる。そして、この固着判断時には、第２のスプール３Ｂの回転角に応じて流体の制御を続行するように、さらにＤＣモータ８の回転角を相対的に増加し、第２のスプール３Ｂを中立位置からいずれかの方向に回転させるようになっている。
【００３３】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【００３４】
ＤＣモータ８に対する供給電流に応じてロータ９が回転すると、通常は、トーションバー１４を介して第１のスプール３Ａが同一的に回転する。これにより、バルブ孔４と５により、作動ポートＣ１，Ｃ２が供給ポートＰあるいはリターンポートＲと連通し、流体の供給方向、供給量が制御される。
【００３５】
また、第１のスプール３Ａの回転角はバルブ位置センサ１１により検出され、目標とする回転角と一致するようにＤＣモータ８の回転角がフィードバック制御される。
【００３６】
第１のスプール３Ａが正常に回転作動する通常の制御範囲においては、ＤＣモータ８の回転角が、第２のスプール３Ｂの凹溝２５の範囲内にあり、アーム２７は凹溝２５の側壁に当接することはなく、第２のスプール３Ｂはスプリングカートリッジ２２Ａ，２２Ｂにより中立状態を維持したまま静止している。したがって、第１のスプール３Ａによってのみ、流体の供給方向、流量が制御され、第２のスプール３Ｂによって制御が相互に干渉されることはない。
【００３７】
これに対して、第１のスプール３Ａの外周とスリーブ２の内周との間に異物が噛み込み、第１のスプール３Ａの回転が不能、つまり固着したとする。第１のスプール３Ａが固着しても、ＤＣモータ８のロータ９とはトーションバー１４により連結されているため、ＤＣモータ８への電流値に応じてロータ９はトーションバー１４を捩りつつ回転する。この回転角はジャミングセンサ３４により検出され、また、第１のスプール３Ａの回転角はバルブ位置センサ１１により検出されているため、もし、このような第１のスプール３Ａの固着または回転不良が発生すると、両センサの出力差が大きくなる。
【００３８】
したがって、センサ出力差が所定値を越えたときには、第１のスプール３Ａが固着しているものと判断される。
【００３９】
この場合には、図示しない制御回路からＤＣモータ８に供給される電流が、通常のモータ回転角の範囲を越えて増加される。これにより、ロータ９のアーム２７が第２のスプール３Ｂの凹溝２５の溝範囲を越えて側壁に当接し、それ以上に回転すると、スプリングカートリッジ２２Ａ，２２Ｂに抗して第２のスプール３Ｂが回転を始める。この第２のスプール３Ｂの同一方向への回転に伴い、流体の供給方向及び流量の制御が行える。
【００４０】
また、第１のスプール３Ａが固着した状態で、流体の制御方向を反対側に切換えたいときにも、ＤＣモータ８を逆方向に回転するように電流を切換えることにより、ＤＣモータ８の回転角が所定値を越えた時点で第２のスプール３Ｂが反対方向に回転し、流体の制御方向を切換えられる。
【００４１】
なお、第１のスプール３Ａがポートを開いた状態で固着した場合、同一方向に流体が流れ続けるが、反対方向に流体の流れを切換えたいときは、第１のスプール３Ａよりも第２のスプール３Ｂの流量が大きくなるように設定しておけば、ＤＣモータ８を逆方向に回転させることにより、第１のスプール３Ａに対する第２のスプール３Ｂの作動ポートＣ１，Ｃ２に対する接続を逆にして、反対側への流量を確保することもできる。
【００４２】
このようにして、第１のスプール３Ａに固着あるいは回転作動不良が発生し、所定の制御機能が損なわれても、これらの異常を判断し、第２のスプール３Ｂにより制御を継続することが可能で、作動ポートＣ１，Ｃ２に接続されるアクチュエータが制御が実質的に不能となり、アクチュエータがいずれかの方向に底付きして停止するというような事態を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す断面図である。
【図２】同じくそのＡ−Ａ断面図である。
【図３】同じくそのＢ−Ｂ断面図である。
【図４】同じくそのＣ−Ｃ断面図である。
【図５】同じくそのＤ−Ｄ断面図である。
【図６】同じくそのＥ−Ｅ断面図である。
【図７】従来例の断面図である。
【図８】同じくそのＡ−Ａ断面図である。
【図９】同じくそのＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
１  バルブハウジング
２  スリーブ
３Ａ  第１のスプール
３Ｂ  第２のスプール
４  バルブ孔
５  バルブ孔
８  ＤＣモータ
９  ロータ
１１  バルブ位置センサ
１４  トーションバー
２１  レバー
２２Ａ  スプリングカートリッジ
２２Ｂ  スプリングカートリッジ
２５  凹溝
２７  アーム
３１  制御溝
３２  制御溝
Ｃ１  作動ポート
Ｃ２  作動ポート
Ｐ  供給ポート
Ｒ  リターンポート
【図１】
0003727118.tif 000002
【図２】
0003727118.tif 000003
【図３】
0003727118.tif 000004
【図４】
0003727118.tif 000005
【図５】
0003727118.tif 000006
【図６】
0003727118.tif 000007
【図７】
0003727118.tif 000008
【図８】
0003727118.tif 000009
【図９】
0003727118.tif 000010