(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向ほぼ中央部に圧油取入れ口を有し、かつ同取入れ口に交叉するように両端が太く中央部が細く穿孔された長手方向に延びる弁穴を有する弁本体、及び両端と中央部の３ケ所にランド部が形成され、中央ランド部は前記弁穴の中央部に、両端ランド部は前記穴の両端部の穴にそれぞれ滑合するように嵌挿されたスプールを有し、前記中央ランド部の両端部と中央部の穴との間に可変絞りを形成するとともに両端ランド部とこれらを滑合する両端部の穴との間に固定絞りを形成し、前記圧油取入れ口から流入した圧油を、前記可変絞り、及び両端ランド部の端部に形成されている室を介して負荷部の相反する側の面に互いに対向して設けられている静圧ポッケットに供給するようにした静圧定比制御弁と上記静圧ポッケットとの間に、第１の可変絞り弁を設け、上記静圧定比制御弁の２次側に、第２の可変絞り弁を有するブリード回路を分岐したことを特徴とする、静圧定比制御弁方式静圧装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば負荷部の相反する側の面に互いに対向して設けられた静圧軸受用の静圧ポケットへ供給する圧油の圧力を自動調節して、その静圧軸受の静剛性を実質的に無限大にするようにした静圧定比制御弁を有する静圧装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、静圧軸受用の制御弁としては片側定圧比制御弁とともに、対向形静圧方式として絞り制御方式を採用した制御弁が使用されている。
【０００３】
そこで、本出願人は、特公昭５７−４１６１０号として、スプール弁方式を採用し、かつ極めて簡単な回路構成にでき、部品点数を大巾に減少させてより安価に製作できるとともに制御精度を比較的容易に確保し得るようにした静圧定比制御弁を提案した。
【０００４】
すなわち、上記本出願人が提案した静圧定比制御弁は、圧油取入れ口と弁穴とを有する弁本体と、両端と中央部の３か所にランド部を有し、中央ランド部は前記弁穴の中央部に、両端ランド部は同じ両端部にそれぞれ滑合するように配置されたスプールとからなり、前記中央ランド部の両側部と前記弁穴の中央部との間に可変絞りが、前記両端ランド部と前記弁穴の両端部との間に固定絞りがそれぞれ形成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記対向形静圧定比制御弁は一定の条件下では理論上無限剛性となるという極めて秀れた特性を発揮するが、静圧隙間を含む絞り係数が理論値からずれると急激に性能が低下する等の問題がある。一方、各絞り係数を理論値通りに製作することは極めて困難で、さらにポケット圧力による構造部材の変形も理論値からのかい離の要因となる。
【０００６】
そこで、現場調整時に上記絞り係数を簡単に最適値に調整できる装置の開発が望まれている。本発明はこのような点に鑑み、無限剛性成立の条件が現場調整に於いて可能となるようにした静圧定比制御弁方式の静圧装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、長手方向ほぼ中央部に圧油取入れ口を有し、かつ同取入れ口に交叉するように両端が太く中央部が細く穿孔された長手方向に延びる弁穴を有する弁本体、及び両端と中央部の３ケ所にランド部が形成され、中央ランド部は前記弁穴の中央部に、両端ランド部は前記弁穴の両端部の穴にそれぞれ滑合するように嵌挿されたスプールを有し、前記中央ランド部の両端部と中央部の穴との間に可変絞りを形成するとともに両端ランド部とこれらを滑合する両端部の穴との間に固定絞りを形成し、前記圧油取入れ口から流入した圧油を、前記可変絞り、及び両端ランド部の端部に形成されている室を介して負荷部の相反する側の面に互いに対向して設けられている静圧ポケットに供給するようにした静圧定比制御弁と上記静圧ポケットとの間に、可変絞り弁を設けたことを特徴とする。
【０００８】
また、上記静圧定比制御弁の２次側に、可変絞り弁を有するブリード回路を分岐したことを特徴とする。
【０００９】
【作用】
静圧ポケットの実静圧隙間が理論静圧隙間より大きい場合には、静圧定比制御弁と静圧ポケット間に設けられている可変絞り弁を絞り方向に調整することによって無限剛性の成立条件を満足させることができる。また、実静圧隙間が理論静圧隙間より小さい場合には、ブリード回路に設けられた可変絞り弁の絞りを調整することによって同様に無限剛性の成立条件を満足させることができる。
【００１０】
【実施例】
以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明する。図１において、符号１は回転軸の如き負荷部であって、その負荷部１の互いに相反する側の面と対向するように静圧軸受２の静圧ポケット３ａ，３ｂが配設され、その静圧ポケット３ａ，３ｂの圧力によって上記負荷部１を支持するようになっている。
【００１１】
一方、符号４は上記静圧ポケット３ａ，３ｂの圧力を制御する静圧定比制御弁であって、その静圧定比制御弁４の弁本体５には、その長手方向ほぼ中央部に圧油取入れ口６が設けられるとともに、その圧油取入れ口６と直行するように長手方向に延びる弁穴７が設けられている。上記弁穴７はその両端部ではその径が太く、中央部では細く形成され、その弁穴７内には上記弁穴７の長手軸線に沿って左右動可能にスプール８が収納されている。
【００１２】
上記スプール８は、その中央部と両端部の３か所にランド部９，１０ａ，１０ｂを有し、この中央ランド部９が前記弁穴７の細径部７ａに滑合するようにされるとともに、両端ランド部１０ａ，１０ｂは弁穴７の両端部の太径部７ｂ1 ，７ｂ2 にそれぞれ滑合するように形成され、上記弁穴７の両端開口部は蓋体１１によって閉塞されている。
【００１３】
前記弁穴７の中央部の細径部７ａの内周には、前記圧油取入れ口６に連通する周方向溝１２が形成されるとともに、上記細径部７ａの内径は、前記スプール８の中央ラント部９の外径とほぼ等しく形成され、更にこの中央ランド部９の左右両端部には尖頭状のテーパ部９ａ，９ｂが形成され、このテーパ部９ａ，９ｂと前記弁穴７の細径部７ａの内周面との間に、スプール８の移動によって絞り量が可変される可変絞り１３ａ，１３ｂが構成されている。
【００１４】
しかして、圧油取入れ口６に供給された圧油は、周方向溝１２から可変絞り１３ａ，１３ｂを通過して、中央ランド部９と両端ランド部１０ａ，１０ｂとの間にそれぞれ形成された室１４，１５に流れる。また、室１４，１５に供給された圧油は、スプール８の両端ランド部１０ａ，１０ｂに形成された長手方向に延びる溝の如き固定絞り１６ａ，１６ｂを通り、両端ランド部１０ａ，１０ｂの端部に形成されている室１７，１８に流入するようにしてある。なお、上記固定絞り１６ａ，１６ｂは、スプール８の位置にかかわらず常に一定である。
【００１５】
一方、上記室１７，１８に流入した圧油は、吐出口１９，２０から互いに対向する静圧ポケット３ａ，３ｂに供給されて負荷部１の支持を行ない、この静圧ポケット３ａ，３ｂに供給された圧油は軸受隙間を経てタンク中に放出される。
【００１６】
したがって、例えば静圧ポケット３ａの静圧隙間が小さくなりそのポケット内の圧力が上昇すると、その圧力が室１７に伝わり、その圧力によってスプール８が図において右方に作動され、可変絞り１３ａが開方向に作動され、室１７への圧油供給量が増加し、それによって静圧ポケット３ａの静圧間隙が所定値になるように敏速に制御される。
【００１７】
ところで、図２及び図３は上記静圧定比制御弁の性能特性図及び構造解析図であり、
Ａ0 ：スプール８の中央ランド部９の直径（ｍｍ）
Ａ1 ：スプール８の両端ランド部１０ａ，１０ｂの直径（ｍｍ）
Ｒ1 ：静圧ポケットの形状係数
Ｒ2 ：固定絞り１６ａ，１６ｂの絞り係数
Ｒ3 ：可変絞り１３ａの絞り係数
Ｒ4 ：可変絞り１３ｂの絞り係数
Ｐｓ：圧油供給圧（Ｋｇｆ／ｃｍ2 ）
Ｐ1 ：室１７の圧力（Ｋｇｆ／ｃｍ2 ）
Ｐ2 ：室１４の圧力（Ｋｇｆ／ｃｍ2 ）
Ｐ3 ：室１５の圧力（Ｋｇｆ／ｃｍ2 ）
Ｐ4 ：室１８の圧力（Ｋｇｆ／ｃｍ2 ）
ｔ1 ，ｔ2 ：静圧隙間（ｍｍ）
μ：粘性係数（Ｋｇｆ−ｓｅｃ／ｃｍ2 ）
ｑ1 ，ｑ2 ：対向する静圧ポケットの流量（ｃｍ3 ／ｍｉｎ）
としたとき、通過流量連続条件から各静圧ポケットの流量ｑ1 ，ｑ2 は、
【００１８】
【数１】
0003539987.tif 000002
となる。
【００１９】
また、可変絞り１３ａ，１３ｂの絞り係数Ｒ3 ，Ｒ4 は、スプール８が中立位置の時の絞り係数をＲａとすると、
Ｒ3 ＋Ｒ4 ＝２Ｒａ                                      …（３）
が成り立ち、さらにスプールの釣合条件から
Ｐ1 Ａ1 −（Ｐ2 −Ｐ3 ）（Ａ1 −Ａ0 ）−Ｐ4 Ａ1 ＝０
（Ａ1 −Ａ0 ）／Ａ1 ＝（Ｐ1 −Ｐ4 ）（Ｐ2 −Ｐ3 ）＝Ｋ  …（４）が成立する。
【００２０】
したがって、（１）〜（３）式からＰ1 〜Ｐ4 をＰｓについて解きこれらを（４）式に代入し、ｔ1 ＝ｔ2 ＝ｔとしてｔを求めると、
【００２１】
【数２】
0003539987.tif 000003
となる。この（５）式は、定数Ａ0 ，Ａ1 ，Ｒ1 ，Ｒ2 が決まればｔは一義的に決まり、圧力には無関係で、無限剛性対向静圧が成立することを示す。
【００２２】
しかしながら、上述のような対向形低圧比絞り方式は一定の条件下では理論上無限剛性というきわてめ秀れた特性を発揮するが、静圧ポケットの実静圧隙間ｔａが理論静圧隙間ｔｔからずれると、図４に示すように、急激に性能が低下する。一方、各係数を理論値通りに製作することは困難を伴ない、さらにポケット圧力による構造部材の変形も理論値からのかい離要因となる。
【００２３】
そこで、本発明においては、図１に示すように、静圧定比制御弁４の吐出口１９，２０と静圧ポケット３ａ，３ｂとを結ぶ給油路２１，２２の途中に第１の可変絞り弁２３ａ，２３ｂがそれぞれ配設されている。また、静圧定比制御弁４の二次側すなわち上記第１の可変絞り弁２３ａ，２３ｂの上流側には、それぞれ第２の可変絞り弁２４ａ，２４ｂを有するブリード回路２５，２６が分岐導出され、その先端がタンク２７に開口されている。
【００２４】
図５は、上記第１の可変絞り弁２３ａ，２３ｂのみを設けた本発明装置の性能特性図であって、第１の可変絞り弁２３ａ，２３ｂの絞り係数Ｒ5 が０の時の無限剛性対向静圧成立条件は前記（５）式から
【００２５】
【数３】
0003539987.tif 000004
となる。そこで、上記理論静圧隙間ｔｔに対して、実静圧隙間がｔａになった場合における無限剛性になるための条件は上記第１の可変絞り弁２３ａ，２３ｂの絞り係数Ｒ5 を含む静圧ポケット周りの絞り係数が理論値に一致すればよいことから次式が得られる。
【００２６】
【数４】
0003539987.tif 000005
上式から無限剛性成立のための第１の可変絞り弁による修正絞り係数Ｒ5 を導くと、
【００２７】
【数５】
0003539987.tif 000006
となる。したがって、第１の可変絞り弁２３ａ，２３ｂの絞り係数を上記（８）式を満足するように調整することによって、軸受部をほぼ無限剛性状態とすることができる。
【００２８】
なお、上記（８）式は実静圧隙間が理論静圧隙間より大きい場合にのみ成立し、逆の場合には成立しない。したがって、この場合第２の可変絞り弁２４ａ，２４ｂを作動させる。
【００２９】
すなわち、図６は、上記第２の可変絞り弁２４ａ、２４ｂのみを設けた装置の性能特性図であり、第２の可変絞り弁２４ａ、２４ｂの絞り係数をＲ６とすると、理論静圧隙間ｔｔに対し実静圧隙間がｔａになった場合において無限剛性になるための条件から次式が得られる。
【００３０】
0003539987.tif 000007
上式から無限剛性成立のための第２の可変絞り弁による修正絞り係数Ｒ6 を導くと、
Ｒ6 ＝Ｒ1 （ｔｔ3 −ｔａ3 ）              …（１０）
となる。したがって、実静圧隙間が理論静圧隙間より小さい場合には、第２の可変絞り弁２４ａ，２４ｂの絞り係数を上記（１０）式を満足するように調整することによって、無限剛性状態とすることができる。
【００３１】
しかして、図１に示す本発明の実施例においては、実静圧隙間と理論静圧隙間とが等しい場合には、第１の可変絞り弁２３ａ，２３ｂを全開とし、第２の可変絞り弁２４ａ，２４ｂを全閉とし、又実静圧隙間が理論静圧隙間より大きい場合には、第２の可変絞り弁２４ａ，２４ｂを全閉とし、第１の可変絞り弁２３ａ，２３ｂをその絞り係数が式（８）を満足するように調整し、さらに実静圧隙間が理論静圧隙間より小さい場合には、第１の可変絞り弁２３ａ，２３ｂを全開とし、第２の可変絞り弁２４ａ，２４ｂをその絞り係数が（１０）式を満足するように調整することによって、剛性無限大の静圧隙間を得ることができきる。
【００３２】
なお、上記実施例においては軸受けに使用したものを示したが、工作機械の静圧装置や滑り面等に適用することもできる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は上述のように、静圧定比制御弁と静圧ポケットとの間に可変絞り弁を設け、或は静圧定比制御弁の２次側に可変絞り弁を有するブリード回路を分岐したので、上記可変絞り弁の調整によって常に剛性無限大の静圧隙間を構成することができ、その無限剛性成立の条件を現場調整で満足させることができ、静圧装置の性能を大幅に向上させることができる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の静圧装置の一実施例の概略構成を示す図。
【図２】静圧定比制御弁の性能特性図。
【図３】静圧定比制御弁の構造特性図。
【図４】理論静圧隙間からの実静圧隙間のかい離量に対する剛性値の変化を示す図。
【図５】本発明装置の一実施例における性能特性図。
【図６】本発明装置の他の実施例における性能特性図。
【符号の説明】
１  負荷部
３ａ，３ｂ  静圧ポケット
４  静圧定比制御弁
５  弁本体
６  圧油取入れ口
７  弁穴
８  スプール
９  中央ランド部
１０ａ，１０ｂ  両端ランド部
１２  周方向溝
１３ａ，１３ｂ  可変絞り
１６ａ，１６ｂ  固定絞り
１９，２０  吐出口
２３ａ，２３ｂ  第１の可変絞り弁
２４ａ，２４ｂ  第２の可変絞り弁
２５，２６  ブリード回路
【図１】
0003539987.tif 000008
【図２】
0003539987.tif 000009
【図３】
0003539987.tif 000010
【図４】
0003539987.tif 000011
【図５】
0003539987.tif 000012
【図６】
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