(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動制御弁からの入力信号にもとずく作動により流量制御を行う自動流量制御弁を、手動によっても制御できるようにしたマニュアルバックアップ機能を有する流量制御弁において、前記入力信号にもとずき回動するロータ、前記ロータおよび前記ロータと離隔させて軸心部に配設されたシャフトとの間に介装され、前記ロータの回動を変換して前記シャフトを前後動させるボールスクリュー、ならびに前記ロータを固定する電磁ブレーキを設けたモータと、一端を前記シャフトに連結し、流体が通過するポート穴を穿設したスリーブ内を前後動して、前記ポート穴の開口面積を変え流量を制御するスプールと、前記シャフトと前記スプールとの連結部から外方に突出させたピンの前後を挟持するローラと、内周に前記ローラを前後動させる溝を形成し、外周に被駆動ギアを刻設したガイドローラと、前記被駆動ギアに噛み合い、前記ガイドローラを回動させる入力用ギアとからなり、前記電磁ブレーキにより前記ロータが固定されているとき、前記入力用ギアの手動操作により前記ガイドローラを回動させ、前記溝内に支持された前記ピンを介して前記シャフトを回動させて、前記シャフトと前記ボールスクリューとの相互作用により前記シャフトを前後動させ、前記シャフトに連結された前記スプールを前後動させて、流量制御のバックアップを行うようにしたことを特徴とする流量制御弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧制御機器若しくは燃料制御機器に適用され、特に航空機用の油圧制御弁、若しくはエンジンの燃料制御弁への適用が好適な、マニュアル制御系によるバックアップ機能を具えるようにした流量制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、パイロットが操作するパワーレバーの位置により、エンジンの出力をあらゆる飛行状態において、パイロットの希望通りに、安全なエンジン作動範囲内で設定する航空機の燃料制御ユニットにおいては、入力信号として、
（１）パワーレバー位置
（２）エンジン回転速度
（３）圧縮機出口空気圧力
（４）圧縮機入口空気温度
（５）エンジン可動部の位置フィードバック信号
などをセンシングして演算処理を行い、吹き消え限界の最少燃料流量を設定する最少燃料流量の設定、又は圧縮機作動限界、タービン入口温度制限および吹き消え限界の範囲内で燃料を計量してエンジンに供給し、エンジンを安全に作動させながら、最も適切な加減速を行う加減速燃料制御、又は燃料遮断、又は可変静翼、圧縮機ブリードバルブ、排気ノズルなどのエンジン可動部を駆動するアクチュエータ類の動きを、エンジンの作動に支障のないように制御するエンジン可動部のアクチュエータ制御等の機能を発揮できるようにしている。
【０００３】
従って、このように複雑な多機能を有する構造にする必要のある燃料制御ユニットでは、上述したような種々の機能をコンピュータ化して、コンピュータにより制御を行う電子式エンジン制御装置（ＦＡＤＥＣ：Ｆｕｌｌ  Ａｕｔｈｏｒｉｔｙ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）が採用され、ＦＡＤＥＣにより、種々の機能を発揮させる流量制御弁を作動させるようにした自動制御系で制御を行うようにしている。
【０００４】
一方、このような自動制御系の故障は、重大な事故に直結する恐れがあるため、自動制御系が故障した非常時においては手動操作によっても、これらの流量制御弁が駆動できるマニュアル制御系を設け、マニュアルバックアップ機能をもたせるようにすることが不可欠のものとなっている。
図２は、上述したＦＡＤＥＣで制御するようにした燃料制御ユニットの一部を構成する、従来の燃料制御弁のマニュアルバックアップ機能を示す図である。
【０００５】
図に示すように、ＦＡＤＥＣから入力される制御信号によって、自動制御用モータ０１が回動制御され、自動制御用モータ０１の出力軸０２に固着された回転板０３の回転角を制御することによって、燃料制御弁０４に設けられた制御ポートの開口面積を変え、エンジンに供給される燃料流量を制御するようにした自動制御系を使って、通常はエンジンへの燃料流量の制御が行われるようにしている。
一方出力軸０２にはギア０５が固着されるとともに、このギア０５に隣接してマニュアル入力用ギア０６が設けられたマニュアル制御系が設けられ、自動制御系の故障時においても、燃料流量を制御できるようにしてマニュアルバックアップ機能を具えるようにしている。
【０００６】
すなわち、マニュアル入力用ギア０６には、ギア０５と噛み合わないようにした非噛合部０７が設けられており、自動制御系による制御時には、この非噛合部０７がギア０５に隣接しただけの不感帯となり、マニュアル制御系を自動制御系と干渉させないようにしている。
また、自動制御系が故障した場合には、マニュアル入力用ギア０６を作動させて、ギア０８とギア０５を噛合させ、出力軸０２を回動させて回転板０３の回転角を制御することによって燃料流量を制御する、いわゆるマニュアルバックアップ機能を持たせ、事故等の発生を未然に防止するようにしている。
【０００７】
しかしながら、このようなマニュアル制御系では、自動制御系が故障し、オペレータがマニュアル操作を開始する際、マニュアル入力用ギア０６が出力軸０２に設けたギア０５に噛み合うまで、不感帯が生じるため、その範囲を通過するまでは、マニュアル制御系によっても燃料流量の制御ができない状態が生じ、バックアップ機能を発揮できない領域が生じるという不具合がある。
また、この非噛合部０７を設けることにより、流量制御を行えない範囲が生じるという不具合がある。
さらに、マニュアル入力用ギア０６が作動して、ギア０５とギア０８の噛み合い始める際、歯と歯の先端どうしが当たると、ギア０５とギア０８が固着された状態となり、マニュアル制御系による制御ができなくなり自動制御系をバックアップすることができなくなることが生じるという不具合もある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した従来のマニュアルバックアップ機能を有する流量制御弁の不具合を解消するため、自動制御系の故障時には直ちにマニュアル制御系によるバックアップができ、しかも自動制御系からマニュアル制御系への制御系切替え時にトラブルが生じることがなく、マニュアルバックアップ機能に支障が生じることがなく、また制御の行えない流量範囲が生じることのない流量制御弁を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明の流量制御弁は、次の手段とした。
【００１０】
（１）自動制御系からの入力信号にもとずき、流量制御弁としてのポート穴が穿設されたスリーブ内を前後動するスプールを作動させ、流量制御を通常行うようにしたモータに、次のものを設けた。
（ａ）入力信号にもとずく回転角だけ回動するようにしたロータ、
（ｂ）ロータ内周面と離隔して配設され、ロータの軸心部を貫通して、一端がスプールの一端に連結されたシャフト、
（ｃ）ロータ内周面とシャフト外周面との間に設けられ、ロータの回動をシャフトの前後動に変換するとともに、ロータが電磁ブレーキで固定されているときは、入力用ギアによるシャフトの回動をシャフトの前後動に変換するボールスクリュー、
（ｄ）自動制御系からの入力信号では流量制御が行われず、手動制御系による流量制御が行われるときに、ロータの回動を固定する電磁ブレーキ。
【００１１】
（２）一端をシャフトの一端に連結し、制御を行う流体を通過させるようにしたポート穴が穿設されたスリーブ内を、シャフトの前後動により前後動させられて、外周面によってポート穴を部分的に閉鎖してポート穴の開口面積を変え、ポート穴を通過する流量を変化させて流量制御を行うスプールをもうけた。
【００１２】
（３）それぞれの一端を連結するシャフトとスプールとの連結部から外側に突出して設けたピンを、前後方向の両側から挟持して、シャフトおよびスプールの前後動に追従して移動するピンの前後動をガイドするとともに、ガイドローラの回動時にはピンとともに、ガイドローラの回動および回動に伴い生じるシャフトおよびスプールの前後動に追従するピンの前後動をガイドするローラをもうけた。
なお、ピンはシャフトとスプールとを連結する連結ピンを兼用するようにしてもよい。
【００１３】
（４）ローラを前後動させるとともに、回動時にはローラおよびピンを追従させて回動させ、また前後動させる溝を内周に形成し、手動操作により作動する入力用ギアが常時噛み合うようにした被駆動ギアを外周面に刻設し、流量制御を自動制御系で行うときは、ロータの回動により前後動のみ行うシャフトとスプールとの連結部のガイドを行い、流量制御を手動制御系で行うときは、入力用ギアの手動操作により回動して、ピンを介してシャフトとスプールとを回動させるとともに、回動しながら前後動するローラおよびピンをガイドするガイドローラをもうけた。
【００１４】
（５）ガイドローラに設けた被駆動ギアに常時噛み合う歯列を具え、自動制御系による流量制御ができないとき、手動操作により作動させてガイドローラを回動させる入力用ギアをもうけた。
なお、入力用ギアは、ラック状のものにしても、円筒状のものにしてもよい。
【００１５】
本発明の流量制御弁は、上述の手段にしたので、自動制御系の故障等により電磁ブレーキによりロータが固定されているとき、入力用ギアを手動操作により作動させて、ガイドローラを回動させ、ガイドローラの溝内に挿入されたピンを介してシャフトを回動させて、シャフトとボールスクリューとの相互作用によりシャフトを前後動させ、シャフトに連結されたスプールを前後動させることにより、ポート穴の面積を変え流量制御をおこなうことができ、通常は自動制御系により制御が行われる流量制御を、手動制御によっても制御でき、自動制御による制御をバックアップすることができる。
【００１６】
また、自動制御系の故障時等手動制御系でバックアップするときは、入力用ギアとガイドローラの被駆動ギアが常時噛み合っているので、入力用ギアの手動操作により流量制御を行うスプールを直ちに作動させ、流量制御を行うことができるので、バックアップに遅れがなく、制御不能の状態が生じることがなく、これに起因して重大な事故に連がることを回避できるとともに、不感帯等により流量制御ができない範囲が生じるようなことがなくなる。
また、ギアの噛み合い不良により、ギアが固着して作動不良になるようなこともなくなる。
さらに、バックアップ制御を行う入力用ギアが常時被駆動ギアに噛み合っているにも拘わらず、手動制御系と自動制御系との干渉は一切発生しない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の流量制御弁の実施の一形態を図面にもとづき説明する。
図１は本発明の流量制御弁の実施の第１形態を示す縦断面図である。
【００１８】
図に示すように、本実施の形態の流量制御弁は、ＦＡＤＥＣからの入力信号で自動的に流量制御量を設定するロータ２、シャフト３、ボールスクリュー４および電磁ブレーキ５からなるモータ１、バックアップ操作による制御量を設定する入力用ギア７、ガイドローラ８、ピン９、両制御系により設定された制御量に対応する流量制御を行うスリーブ１０、スプール１１、ポート穴１２、および両制御系により設定された制御量による流量制御を、相互に干渉しないものにするローラ６に、概略区分することができる。
【００１９】
まず、自動制御系によって流量制御を行う場合は、ＦＡＤＥＣからの入力信号によってモータ１のロータ２が入力信号に対応する回転角だけ回動する。
このロータ２の回転は、ボールスクリュー４により直線運動に変換され、ロータ２の軸心部を貫通しているシャフト３を、図面の上下方向である前後方向に移動させる。
【００２０】
すなわち、ボールスクリュー４はロータ２の内周面に設けられた凹部に遊嵌され、自動制御系によって流量制御を行う場合は、ロータ２の回動に追従してシャフト３の外周面に斜めに刻設された溝内を転動して、シャフト３を回動させることなく前後動させることができる。
このボールスクリュー４により直線運動にされて前後動するシャフト３は、連結部１３で連結したスプール１１を前後動させる。
この際、連結部１３から外方に突出されたピン９が静止しているガイドローラ８の内周に軸心と平行に設けられた溝１４に挿入され、連結部１３が回動しないようにしているために、シャフト３及びスプール１１は、回動はせず直線運動のみを行う。
【００２１】
また、溝１４内に挿入されているピン９は、前後がローラ６に挟持されているため軸心と平行の前後動はスムーズになる。
また、シャフト３により前後動させられるスプール１１は、スリーブ１０を、直線運動し、そのとき、スリーブ１０にあけられているポート穴１２が、スプール１１の拡大部の外周面との摺接により、開いたり閉じられたりすることにより、ポート穴１２の開口面積が変動し、所定の圧力で供給された作動流体のポート穴１２を通過する流量を制御できる。
これにより、種々の機能を自動制御系による流量制御弁の制御によって発揮させることができる。
【００２２】
また、自動制御系が故障したとき等、手動制御系によって流量制御のバックアップを行う場合は、ＦＡＤＥＣからの入力信号の断絶と同時に電磁ブレーキ５が作動してロータ２の回転は固定される。
このとき、オペレータがマニュアル入力を行う為に、入力用ギア７を手動操作すると、入力用ギア７に常時噛み合わされているガイドローラ８の外周面に刻設されいる被駆動ギア１５が駆動されて、それまで静止していたガイドローラ８は直ちに回動する。
このガイドローラ８の回動とともに、ガイドローラ８の内面に設けた溝１４も回動するために、溝１４内に挿入されているピン９も同様に回動し、ピン９を突出させている連結部１３で連結されているシャフト３およびスプール１１が回動する。
【００２３】
このうち、シャフト３は、前述したように回転が固定されているロータ２との間にボールスクリュー４が設けられているために、回転しながら前後動することになる。
これにより、連結部１３で連結されているスプール１１もシャフト３と同じ動きをして、スリーブ１０内を回動しながら前後動する。
このスプール１１の前後動により、自動制御系による流量制御と同様に、スリーブ１０にあけられているポート穴１２が、スプール１１の拡大部の外周面との摺動で、開いたり閉じられたりすることにより、ポート穴１２の開口面積が変動し、所定の圧力で供給された作動流体のポート穴１２を通過する流量を制御することができる。
このように、種々の機能を流量制御弁の制御によって発揮させていた自動制御系が故障しても、手動制御系によって直ちにバックアップすることができる。
【００２４】
このように、本実施の形態の流量制御弁は、上述の構成にしたので、自動制御系の故障時等、電磁ブレーキ５によりロータ２が固定されているとき、入力用ギア７を手動操作により作動させて、ガイドローラ８を回動させ、ガイドローラ８の溝１４内に挿入されたピン９を介してシャフト３を回動させて、シャフト３とボールスクリュー４との相互作用によりシャフト３を前後動させ、このシャフト３に連結されたスプール１１を前後動させることにより、ポート穴の面積を変え流量制御をおこなうことができ、自動制御系により制御が行われていた制御を手動制御により、直ちにバックアップできるので、バックアップ操作が遅れるようなことがなく、制御不能の状態が生じることがなく、これに起因して重大な事故になることを回避できる。
【００２５】
また、ギアの噛み合い不良による、ギア同志が固着するようなこともなくなり、自動制御系による流量制御から手動制御系による流量制御への移行が、スムーズでしかも確実にでき、さらには手動制御を行うための入力用ギアが常時被駆動ギアに噛み合っているにも拘わらず、手動制御系と自動制御系の干渉は一切発生しない。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の流量制御弁によれば、自動制御系からの入力信号にもとずき回動するロータ、ロータとロータの軸心部に配設されたシャフトとの間に介装され、ロータの回動をシャフトの前後動に変換し、またシャフトの回動を前後動に変換するボールスクリュー、およびロータを固定する電磁ブレーキからなるモータ、一端をシャフトに連結し、ポート穴を穿設したスリーブ内を前後動して、ポート穴の開口面積を変え、通過する作動流体の流量を制御するスプール、シャフトとスプールとの連結部から外方に突出させたピンの前後を挟持するローラ、内周にローラの前後動をガイドする溝、外周に被駆動ギアをそれぞれ形成したガイドローラ、被駆動ギアに常時噛み合いガイドローラを回動させる入力用ギアで構成し、自動制御系が非作動状態になり電磁ブレーキによりロータが固定されたとき、入力用ギアの手動操作によりガイドローラを回動させ、溝内に支持されたピンを介してシャフトを回動させて、シャフトとボールスクリューとの相互作用によりシャフトを前後動させ、シャフトに連結されたスプールを前後動させて、自動制御系で行われていた流量制御を手動制御系によってバックアップができるようにしたことにより、次の効果が得られる。
【００２７】
（１）入力用ギアの手動操作によりスプールを直ちに作動させることができ、流量制御のバックアップにタイムラグが生じない。
【００２８】
（２）流量制御が行えない範囲（領域）が生じることがなく、０〜１００％の全範囲の流量制御ができる。
【００２９】
（３）自動制御系から手動制御系への移行時に、ギアの噛み合せを新に行う必要がなく、噛み合せ不良に伴うギア同志の固着、およびこれに伴う制御不能が生じることがない。
【００３０】
（４）自動制御系および干渉制御系の操作時における干渉が一切生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の流量制御弁の実施の第１形態を示す縦断面図、
【図２】従来のマニュアルバックアップ機能を設けた制御弁を示す斜視図である。
【符号の説明】
１    モータ
２    ロータ
３    シャフト
４    ボールスクリュー
５    電磁ブレーキ
６    ローラ
７    入力用ギア
８    ガイドローラ
９    ピン
１０  スリーブ
１１  スプール
１２  ポート穴
１３  連結部
１４  溝
１５  被駆動ギア
【図１】
0003592881.tif 000002
【図２】
0003592881.tif 000003