(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力に応じ、流体通路を有するハウジング内で弁体を所定方向に変位させ、該弁体の変位に応じて前記流体通路に導入される流体の流れを制御する流体制御弁を備え、前記流体制御弁による流体の流れの制御によって流体アクチュエータの動作を制御する制御装置において、
前記弁体は、前記入力に応じて駆動される被駆動部と、該被駆動部に対し前記所定方向に所定量だけ相対変位可能に支持され前記流体通路を開閉及び切替え操作する可動弁体部と、を設け、
前記流体制御弁は、流体圧によって前記可動弁体部を前記被駆動部に対し前記所定方向の一方側の通常機能動作位置に付勢する圧力感知室と、前記可動弁体部を前記被駆動部に対し前記所定方向の他方側に付勢して、前記圧力感知室の流体圧が低下したとき前記可動弁体部を前記所定方向の他方側の他機能動作位置に付勢する付勢手段と、前記流体圧以外の駆動力によって前記弁体を駆動する弁体駆動手段と、を設けた複合機能型流体制御弁であり、
前記可動弁体部は、前記流体アクチュエータに流体を供給する前記流体通路を前記他機能動作位置にあるときに閉じることを特徴とする流体アクチュエータの制御装置。
【請求項２】
前記流体制御弁は、前記被駆動部の変位を検出する差動変圧器を備えたことを特徴とする請求項１に記載の流体アクチュエータの制御装置。
【請求項３】
前記差動変圧器からのフィードバック信号と外部からの指令信号とに基づき、前記弁体駆動手段に駆動信号を出力する制御回路を備えたことを特徴とする請求項２に記載の流体アクチュエータの制御装置。
【請求項４】
前記弁体が、両端部にストッパ部を設けた被駆動部と、該被駆動部の中間部に摺動自在に取り付けられた円筒状の可動スプール部と、を有するスプール弁体である請求項１、２又は３に記載の流体アクチュエータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複合機能型流体制御弁、特に自己流路切替え機能を有する流体制御弁に好適な複合機能型流体制御弁を備えた流体アクチュエータの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、流体制御回路に流路切り替え機能を持たせたものとして、図５に示すような油圧シリンダの制御装置がある。
【０００３】
この装置は、軸線Ｃ1を中心として回動可能な油圧シリンダ１０の伸張側及び収縮側の流体室１１，１２に対して作動油の給排を制御するもので、スイベルジョイント１を介して矢印Ｐs方向に導入された所定供給圧の作動油がフィルタ２を通って電気油圧サーボ弁３の供給圧ポートＰに供給され、電気油圧サーボ弁３のリターンポートＲからはスイベルジョイント１を通して矢印Ｒs方向に作動油が排出される。そして、電気油圧サーボ弁３により、外部からの指令信号入力に応じて、供給圧ポートＰがシリンダ伸張側制御圧ポートＣＥ又はシリンダ収縮側制御圧ポートＣＲのうちいずれか一方に接続されるとともに、他方のポートとリターンポートＲが接続されることによって、油圧シリンダ１０の各流体室１１，１２への作動油の給排が制御される。
【０００４】
また、電気油圧サーボ弁３のシリンダ収縮側制御圧ポートＣＲと油圧シリンダ１０の収縮側の流体室１２との間には、制御圧ポートＣＲからの流体圧によって開弁し収縮側の流体室１２からの逆流に対し閉弁する逆止弁１５（詳細を拡大図示しない）が設けられており、供給作動油圧が何らかの理由によって正常範囲外まで低下すると、逆止弁１５が閉止することで油圧シリンダ１０のピストンロッド１０ａを伸張させないよう保持するようになっている。
【０００５】
なお、逆止弁１５に連結されたマニュアルリリーフバルブ１６を手動で作動させて逆止弁１５を開弁させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の流体制御回路にあっては、供給圧失陥時にシリンダ１０のピストンロッド１０ａの伸張防止機能を付加するために、印加される流体圧を検知して流路切り替えを行う自己流路切り替え機能の必要から、スプール弁の各ポートを形成したスリーブ自体をスプールとは独立して変位させるコンセントリックタイプ(同一中心軸となる2重構造)等の流体制御弁があるが、構造が複雑になり、重量、サイズ、コスト共に増大するばかりか、信頼性も低下するという問題がある。
【０００７】
また、流路切り替えのためにバルブを個別に複数設置することも考えられるが、上述と同様、装備品全体の重量、サイズ、コストが共に増大し、信頼性が低下するという問題がある。それに加えて、作動頻度が少ないバルブの隙間の小さい嵌合部で、作動流体内の異物や加工精度のくるいにより固着等の作動不良が生じやすい。
【０００８】
本発明は、このような従来の問題点を解消すべくなされたものであり、小型かつ簡素な構成で、印加圧力に応じ自己流路切り替え機能等を発揮することのできる複合機能の流体制御弁を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する手段として、本発明は、入力に応じ、流体通路を有するハウジング内で弁体を所定方向に変位させ、該弁体の変位に応じて前記流体通路に導入される流体の流れを制御する流体制御弁を備え、前記流体制御弁による流体の流れの制御によって流体アクチュエータの動作を制御する制御装置において、前記弁体は、前記入力に応じて駆動される被駆動部と、該被駆動部に対し前記所定方向に所定量だけ相対変位可能に支持され前記流体通路を開閉及び切替え操作する可動弁体部と、を設け、前記流体制御弁は、流体圧によって前記可動弁体部を前記被駆動部に対し前記所定方向の一方側の通常機能動作位置に付勢する圧力感知室と、前記可動弁体部を前記被駆動部に対し前記所定方向の他方側に付勢して、前記圧力感知室の流体圧が低下したとき前記可動弁体部を前記所定方向の他方側の他機能動作位置に付勢する付勢手段と、前記流体圧以外の駆動力によって前記弁体を駆動する弁体駆動手段と、を設けた複合機能型流体制御弁であり、前記可動弁体部は、前記流体アクチュエータに流体を供給する前記流体通路を前記他機能動作位置にあるときに閉じるものである。
【００１０】
本発明では、前記圧力感知室の流体圧が通常圧であれば、可動弁体部が被駆動部に対し通常機能動作位置に常時付勢されるので、被駆動部が駆動されるときこれと一体に可動弁体部が変位し、通常の制御機能が得られる。このとき、付勢手段が可動弁体部を前記被駆動部の間に介在し、圧力感知室は可動弁体部を被駆動部に対し一方側に付勢するように形成されていることから、これらの付勢力は弁体全体でみれば釣り合っており、弁体駆動手段に対する負荷となることがない。
【００１１】
一方、前記圧力感知室の流体圧が通常の範囲から外れる程度に低下すると、可動弁体部が付勢手段からの付勢力によって他機能動作位置に移動して、その位置での可動弁体部による他機能動作が行われる。
【００１２】
前記流体通路に導入される流体の流体圧が前記圧力感知室に導入され、前記流体通路に導入される流体の流体圧が低下したとき、前記可動弁体部を前記他機能動作位置に移動させるのが好ましい。このようにすると、油圧失陥時にこれを自己感知して多機能動作への切替えを行うことができる。
【００１３】
また、前記可動弁体部が前記通常機能動作位置から前記他機能動作位置に移動するとき、前記流体通路の上流側と下流側の接続経路が切り替わるようにすることができる。このようにすると、油圧失陥時にこれを自己感知して所要の流路切替えを行うことができる。
【００１４】
さらに、前記弁体が、両端部にストッパ部を設けた被駆動部と、該被駆動部の中間部に摺動自在に取り付けられた円筒状の可動スプール部と、を有するスプール弁体であると、構成をきわめて簡素にすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１〜図４は本発明に係る複合機能型流体制御弁の一実施形態を示す図あり、本発明を流体アクチュエータの制御装置に適用した例を示している。
【００１７】
まず、図４において、２０は、流体圧アクチュエータ、例えばシリンダボディ２１内にピストン２２（出力部）を摺動自在に収納した油圧シリンダであり、シリンダボディ２１内にはピストン２２で仕切られた伸張側及び収縮側の流体室２３ａ、２３ｂが形成されている。これらの流体室２３ａ、２３ｂは、シリンダボディ２１に形成された一対の給排ポート２４ａ、２４ｂを介して作動油を導入及び排出することができる。また、油圧シリンダ２０は、図外の油圧ポンプからの高圧の作動油（以下、圧油ともいう）を流体室２３ａ、２３ｂのうち一方に導入し、他方から排出して、ピストン２２を軸方向に変位させるようになっている。この油圧シリンダ２０から排出された作動油は図外のリザーバに入り、このリザーバから前記油圧ポンプに送られるようになっており、これら油圧ポンプ及びリザーバによって流体供給源が構成されている。
【００１８】
図１において、３０は、油圧シリンダ２０の伸張側及び収縮側の流体室２３ａ，２３ｂへの作動油の給排を制御するコントロールバルブ（複合機能型流体制御弁）で、例えば直接駆動型バルブ（Direct Drive Valve）として構成されている。
【００１９】
このコントロールバルブ３０は、弁体収納室３１ａを有するハウジング３１と、この弁体収納室３１ａ内（具体的には、後述するスリーブ３６内）に摺動自在に収納されたスプール３２（弁体）と、スプール３２と一体に連結されたコア４１及び後述する指令信号に応じてこのコア４１を電磁駆動する駆動力発生部４２を有するフォースモータ４０（弁体駆動手段）と、を備えている。
【００２０】
ここで、ハウジング３１は、供給圧ポートＰ，制御圧ポートＣＥ，ＣＲ及びリターンポートＲを有するとともに、これらに連通する複数の流体通路３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅを有している。
【００２１】
また、スプール３２は、フォースモータ４０によって図１に示す中立位置から軸方向に変位するよう駆動されたとき、供給圧ポートＰをシリンダ伸張側制御圧ポートＣＥ又はシリンダ収縮側制御圧ポートＣＲのうちいずれか一方に接続するとともに、他方のポートとリターンポートＲを接続するようになっており、スプール３２の変位に応じて、油圧シリンダ２０の伸張側及び収縮側の流体室２３ａ，２３ｂへの作動流体の給排が制御されるようになっている。
【００２２】
具体的には、スプール３２は、外部からの入力（操作力、例えばフォースモータ４０からの操作力）に応じて駆動される被駆動部３３と、この被駆動部３３に対し軸方向（弁体変位方向）に所定量だけ相対変位可能に支持された可動弁体部３４と、先端保持用のスライダ３５とを含んで構成されており、可動弁体部３４に設けられた複数のランド３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄによって、供給圧ポートＰ、制御圧ポートＣＥ，ＣＲ及びリターンポートＲに対して流体通路３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅの開閉及び接続経路の切替えが行われる。なお、本実施形態においては、弁体収納室３１ａを形成するハウジング３１の内壁部を略円筒状のポート付きスリーブ３６としており、供給圧ポートＰ、制御圧ポートＣＥ，ＣＲ及びリターンポートＲは、それぞれ、スリーブ３６に周方向に等間隔に形成された少なくとも１つ以上の開口孔を有している。
【００２３】
さらに、ハウジング３１とスプール３２の間には、軸方向における被駆動部３３と可動弁体部３４の間で、流体圧により可動弁体部３４を被駆動部３３に対し軸方向一方側の通常機能動作位置に付勢する圧力感知室３７が形成されている。一方、可動弁体部３４と被駆動部３３の間には、可動弁体部３４を被駆動部３３に対し軸方向他方側に付勢する圧縮コイルばね３８（付勢手段）及びばね受け３９が介装されている。より詳細には、被駆動部３３は中心軸３３ａと、この中心軸３３ａを取り囲んでこれと同軸に配置され先端側で中心軸３３ａに係止された略円筒状のスプール駆動軸３３ｂと、スプール駆動軸３３ｂの先端側に取り付けられた環状のストッパ３３ｃ、ワッシャ３３ｄ及び固定ナット３３ｅとで構成されている。３３ｆは、スプール駆動軸３３ｂの一端側のストッパを構成するフランジである。
【００２４】
圧縮コイルばね３８の付勢力は、圧力感知室３７に通常供給圧で作動油が供給されるときに可動弁体部３４に作用する付勢力よりは十分に小さい値に設定されており、正常な油圧が供給される場合には、図１に示すように、圧縮コイルばね３８が圧縮され、可動弁体部３４が被駆動部３３の基端側（軸方向一方側）でフランジ３３ｆに当接する通常機能動作位置に常時位置する状態となる。そして、この状態で、スプール３２がフォースモータ４０によって駆動され、油圧シリンダ２０への作動油の給排制御がなされる。
【００２５】
一方、何らかの理由によって圧力感知室３７の流体圧が正常範囲から外れる程度に大幅に低下した場合には、圧縮コイルばね３８が伸張・復帰し、図３に示すように、可動弁体部３４が被駆動部３３に対して先端側（軸方向他方側）の他機能動作位置に移動する。この状態では、シリンダ収縮側制御圧ポートＣＲがスプール３２によってブロックされ、油圧シリンダ２０の収縮側の流体室２３ｂが閉じた状態となる。
【００２６】
したがって、本実施形態においては、油圧失陥時に航空機の舵面を保舵して飛行状態を維持することができる。
【００２７】
なお、図１及び図３において、６１はスプール３２の被駆動部３３の変位を検出する公知の差動変圧器（ＬＶＤＴ）で、ハウジング３１内に設けられた検出コイル部６１ａと、被駆動部３３の先端部に装着された検出コア６１ｂからなる。この差動変圧器６１はフォースモータ４０に指令信号を与える図示しない制御回路に接続されており、フィードバック回路が構成されている。また、フォースモータ４０のコア４１は、左右の板ばね４３ａ、４３ｂを介してハウジング３１に軸方向変位可能に支持されており、両板ばね４３ａ、４３ｂはコア４１を中立位置（図１に示した停止位置）に位置させる機能及び系の安定の役割を有している。
【００２８】
また、図４において、油圧シリンダ２０は、図外の油圧ポンプからの圧油は、スイベルジョイント７１を介して圧力供給方向（矢印PRESS.方向）に導入され、フィルタ７２及び油路７３を通ってコントロールバルブ３０の供給圧ポートＰに供給され、コントロールバルブ３０のリターンポートＲからは油路７６及びスイベルジョイント７１を通して戻り方向（矢印RETURN方向）に作動油が排出される。そして、差動変圧器６１からのフィードバック信号と外部からの指令信号とに基づき、前記制御回路からフォースモータ４０に所定時間毎に駆動信号が出力され、コントロールバルブ３０のスプール３２が変位することによって供給圧ポートＰがシリンダ伸張側制御圧ポートＣＥ又はシリンダ収縮側制御圧ポートＣＲのうちいずれか一方に接続されるとき、他方のポートとリターンポートＲが接続され、油路７４，７５を介して油圧シリンダ２０の各流体室２３ａ、２３ｂへの作動油の給排制御がなされる。なお、同図において、８１は手動操作によって油路７４，７５を連通・遮断可能なマニュアルリリーフ弁、８２は流体圧が正常範囲から外れる程度に低下した場合に油圧シリンダ２０の収縮室側が真空になるのを防止するため図４に左向きの矢印で示す開弁方向の流れのみを許容する逆止弁、８３はシリンダ収縮側の流体室２３ｂがブロックされている状態で熱膨張等によって所定圧力に達したとき開弁するサーマルリリーフ弁、８４は航空機の機体に対する油圧シリンダ２０の動作角度位置を検出する差動変圧器、８５はフォースモータ４０及び差動変圧器６１，８４の検出信号を前記制御回路に導くための信号取り出し部である。
【００２９】
上述のように構成された本実施形態においては、供給圧ポートＰに正常な油圧が供給されていれば、図１に示すように、可動弁体部３４が被駆動部３３の基端側（軸方向一方側）の通常機能動作位置に常時位置する状態で、スプール３２がフォースモータ４０によって駆動され、通常の油圧シリンダ２０への作動油の給排制御がなされる。
【００３０】
この状態においては、圧力感知室３７から可動弁体部３４を介して被駆動部３３に軸方向一方側に作用する力と、スライダ３５を介して被駆動部３３に軸方向他方側に作用する力とが、スプール３２内で釣り合う状態となっている。また、圧縮コイルばね３８からばね受け３９を介して被駆動部３３に軸方向一方側に作用する力と、可動弁体部３４、圧力感知室３７内の作動油及びスライダ３５を介して被駆動部３３に軸方向他方側に作用する力も、スプール３２内で釣り合う状態となっている。
【００３１】
一方、圧力感知室３７の流体圧が通常の範囲から外れる程度に低下すると、図３に示すように、可動弁体部３４が圧縮コイルばね３８からの付勢力によって他機能動作位置に移動して、その位置での可動弁体部３４による他機能動作、すなわち、収縮側流体室２３ｂの閉止動作の機能が得られる。
【００３２】
このような本実施形態においては、弁体駆動力を発生させる際に、機能切替えのための余計な駆動力を発生させる必要がなく、弁体駆動手段の小型化が可能になる。また、印加される流体圧を検知して流路切り替えを行う自己流路切り替え機能が得られるにもかかわらず、スプールを部分的に可動とした簡素な構成であるから、重量、サイズ、コスト共に低減させることができ、信頼性向上も期待できる。さらに、圧力感知室３７によって油圧失陥の検出機能を果たすスライダ３５は航空機の通常の飛行時入力信号にてスプール３２に対して可動となるから、作動頻度が少なくなくなり、嵌合部での摺動不良や固着が発生し難くなり、信頼性を高めることができる。その結果、小型かつ簡素な構成で、印加圧力に応じ自己流路切り替え機能等を発揮することのできる複合機能の流体制御弁を提供することができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、圧力感知室の流体圧が通常圧の場合には、可動弁体部を通常機能動作位置に付勢し被駆動部と一体に変位させて通常の制御機能を得る一方、圧力感知室の流体圧が低下したときには、付勢手段により可動弁体部を他機能動作位置に移動させるようにしいるので、これらの付勢力を弁体の全体でみれば釣り合った状態として、弁体駆動手段に対する機能切替えのための余計な負荷をなくすことができ、小型かつ簡素な構成な複合機能の流体制御弁を提供することができる。
【００３４】
また、流体通路に導入される流体の流体圧を圧力感知室に導入し、供給圧が低下したとき、可動弁体部を他機能動作位置に移動させるようにすれば、油圧失陥時に流体圧アクチュエータの自己保持機能を得るような自己流路切り替え機能等を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る複合機能型流体制御弁の正面断面図である。
【図２】一実施形態の複合機能型流体制御弁のスプールの縦断面図である。
【図３】一実施形態の複合機能型流体制御弁の印可圧力低下時作動状態を示す正面断面図である。
【図４】一実施形態の全体構成図である。
【図５】従来例の全体構成図である。
【符号の説明】
２０  油圧シリンダ（流体圧アクチュエータ）
２３ａ，２３ｂ  流体室
３０  コントロールバルブ
３１  ハウジング
３１ａ  弁体収納室
３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ  流体通路
３２  スプール（弁体）
３３  被駆動部
３３ａ  中心軸
３３ｂ  スプール駆動軸
３３ｃ  ストッパ（ストッパ部）
３３ｄ  ワッシャ
３３ｆ  フランジ（ストッパ部）
３４  可動弁体部
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ  ランド
３５  スライダ
３６  スリーブ
３７  圧力感知室
４０  フォースモータ
４１  コア
４２  駆動力発生部
６１，８４  差動変圧器
６１ａ  検出コイル部
６１ｂ  検出コア
７１  スイベルジョイント
７２  フィルタ
７３，７４，７５  油路
ＣＥ  シリンダ伸張側制御圧ポート
ＣＲ  シリンダ収縮側制御圧ポート
Ｐ  供給圧ポート
Ｒ  リターンポート
【図１】
0003703642.tif 000002
【図２】
0003703642.tif 000003
【図３】
0003703642.tif 000004
【図４】
0003703642.tif 000005
【図５】
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