(57)【要約】【課題】液体圧サーボモータの漏油量を均一化して、モータの制御性を高めること。【解決手段】液体が流入されるシリンダ１と、液体の圧力によってシリンダ１内を移動するピストン２とを備えた液体圧サーボモータであって、ピストン２の移動範囲においてシリンダ１とピストン２とのラップ量を略一定とした。ピストン２のリフト位置によるラップ量の変動を抑えることでピストン２とシリンダ１の隙間の漏油量の変動を最小限に抑えることができ、液体圧サーボモータの制御性を向上させることができる。【選択図】　　　図２
2004019694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が流入されるシリンダと、前記液体の圧力によって前記シリンダ内を移動するピストンとを備えた液体圧サーボモータであって、
前記ピストンの移動範囲において前記シリンダと前記ピストンとのラップ量を略一定としたことを特徴とする液体圧サーボモータ。
【請求項２】
前記シリンダの端部に前記シリンダ内径に沿って突出するリブを設け、前記シリンダの端部で前記ラップ量を略一定としたことを特徴とする請求項１に記載の液体圧サーボモータ。
【請求項３】
前記シリンダに前記液体を流出入させるための液路を備え、前記液路が前記ピストンの移動範囲外で前記シリンダ内へ接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体圧サーボモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、蒸気タービン、ガスタービン、水車、その他の動力装置類を制御するために適用される液体（油など）圧サーボモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
蒸気タービン、ガスタービン、水車、その他の動力装置類を制御するために油などを作動液体とする液体圧サーボモータが用いられている。図４は、従来の液体圧サーボモータの主要部を示す概略断面図である。この液体圧サーボモータは、管状のシリンダ１０１とシリンダ１０１内で上下に移動するピストン１０２とを備えている。また、シリンダ１０１上にはヘッド１０５が取り付けられている。そして、シリンダ１０１内へ接続される油路１０３及び油路１０４が設けられている。油路１０３はピストン１０２の上部の空間に達している。また、油路１０４はピストン１０２の下部のシリンダ１０１内に達している。
【０００３】
ピストン１０２を下に移動する場合は、油路１０３からピストン１０２上へ制御油を流入させ、油路１０４からピストン１０２下部の制御油を排出する。ピストン１０２を上に移動する場合は、油路１０３からピストン１０２上の制御油を排出する。このように、液体圧サーボモータでは、油路１０３を通して制御油を流入、排出することでピストン１０２を上下動させる。そして、ピストン１０２の上下動の動きは、所定の伝達機構を経て、例えば蒸気タービンの主蒸気を構成する加減弁の作動に利用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４に示す構造を備えた従来の液体圧サーボモータでは、ピストン１０２とシリンダ１０１の間を通る制御油の漏れ量（漏油量）がピストン１０２のリフト位置（ストローク位置）によって大きく変動するという問題が生じていた。
【０００５】
図５は、ピストン１０２のリフト位置によって制御油の漏油量が変動する様子を示す特性図である。図５において縦軸は制御油の漏油量を示している。また、横軸はピストン１０２のリフト位置を示しており、ピストン１０２が最上部に位置している場合を０ｍｍとしてそこから下方への移動量を示している。このように、ピストン１０２のリフト位置が最上部から１０ｍｍ前後の位置を境に、それ以下のリフト位置では急激に漏油量が多くなっている。
【０００６】
一般に、漏油量は、ピストン１０２の外径とシリンダ１０１の内径の隙間と、ピストン１０２の移動方向におけるピストン１０２とシリンダ１０１のラップ量に応じて変動する。すなわち、隙間が大きくなる程、漏油量は多くなり、また、ラップ量が少なくなる程、漏油量は多くなる。図４に示すように、従来の液体圧サーボモータでは、ヘッド１０５の内径がシリンダ１０１の内径よりも大きいため、ピストン１０２が上部に移動すると、ピストン１０２とシリンダ１０１のラップ量が小さくなる。このため、ピストン１０２のリフト位置によってピストン１０２とシリンダ１０１の環状隙間からの漏油量が変動してしまうという問題が生じていた。この結果、ピストン１０２を駆動するための油圧が変化し、同系統につながるサーボモータのピストン１０２が変動する事により、制御系全体が不安定になる。
【０００７】
また、従来の液体圧サーボモータでは、ピストン１０２が上部、すなわちヘッド１０５側に移動すると、ピストン１０２の外径と油路１０３の位置が重なってしまい、シリンダ１０１とピストン１０２のラップ量が更に減少してしまうため、ピストン１０２が上部に移動するにつれ、漏油量が変動するという問題が生じていた。
【０００８】
蒸気タービン、ガスタービンなどの加減弁では、複数の液体圧サーボモータを使用するため、弁機構全体の制御性は個々の液体圧サーボモータの制御性を総和したものとなる。図５に示す漏油量特性はサーボモータ毎に異なるため、個々のサーボモータの制御が不安定になると系統全体の制御性が大幅に低下し、微調整が非常に困難となっていた。
【０００９】
この発明は上述したような問題を解決するために成されたものであり、液体圧サーボモータの漏油量をピストンのリフト位置によらず均一化して、制御性を高めることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記のような観点から、この発明の液体圧サーボモータは、液体が流入されるシリンダと、前記液体の圧力によって前記シリンダ内を移動するピストンとを備えた液体圧サーボモータであって、前記ピストンの移動範囲において前記シリンダと前記ピストンとのラップ量を略一定としたことを特徴とする。この発明では、ラップ量の変動を抑えることで、シリンダとピストンの隙間の漏油量の変動を最小限に抑える。
【００１１】
また、この発明の液体圧サーボモータは、前記シリンダの端部に前記シリンダ内径に沿って突出するリブを設け、前記シリンダの端部で前記ラップ量を略一定としたことを特徴とする。この発明では、シリンダ内径に沿ってリブを設け、端部においてピストン端部がシリンダの嵌合部から外れることを抑止する。
【００１２】
また、この発明の液体圧サーボモータは、前記シリンダに前記液体を流出入させる液路を備え、前記液路が前記ピストンの移動範囲外で前記シリンダ内へ接続することを特徴とする。液路をピストンの移動範囲外でシリンダ内に接続することにより、ピストンの外径が液路を塞ぐことがなく、これによりピストンとシリンダのラップ量が減少することを抑止できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施の形態の構成要件には、当業者により置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【００１４】
図１は、この発明の実施の形態にかかる液体圧サーボモータの全体構成を示す概略断面図である。図２は、図１中のシリンダ１及びピストン２の近傍を拡大して示す概略断面図である。この液体圧サーボモータは、例えばガスタービン、蒸気タービンなどの弁駆動装置に用いられるもので、ピストン１１の下部に高圧油を流入させ、ロッド１０により弁を駆動する。
【００１５】
図１に示すように、液体圧サーボモータは、管状のシリンダ１とシリンダ１内で上下に移動するピストン２を備えている。シリンダ１が形成されたシリンダブロック３の側方にはロッド１０が配置されている。ロッド１０の下端にはピストン１１が固定されており、ピストン１１はシリンダ１２内で図３の上下方向に移動可能に構成されている。ピストン１１は、下部の空間１３に高圧油が流入すると移動する。
【００１６】
図２に示すように、固定部材であるシリンダブロック３の下部の外周には、リレーブッシュ１５が上下方向に移動可能に嵌合している。また、シリンダブロック３の下部にはリレー１７がリレーブッシュ１５内で上下方向に移動可能に嵌合している。リレー１７の下端にはバネ１９が配置されており、バネ１９はリレー１７とリレーブッシュ１５下部に固定された蓋２０との間で圧縮されている。また、リレーブッシュ１５の外周は固定部材である外枠１８に嵌合している。
【００１７】
ロッド１０を作動させる高圧油は、外枠１８に設けられた油路１４からリレーブッシュ１５の孔１６ａを通り、リレーブッシュ１５内周とリレー１７外周の間に設けられた室２１に入り、リレー１７の孔１５ａを通って上昇し、リレーブッシュ１５内のシリンダブロック３とリレー１７の間の室２２に入る。ピストン２が最上部に位置している状態では、ピストン２と一体に移動するドレン用の孔１６と、室２２との高さ位置が同じであるため、室２２に入った高圧油は孔１６から流出し、図１の矢印Ａ方向へ排出される。従って、ピストン２が最上部に位置しているときは、リレー１７は移動しない。
【００１８】
一方、ピストン２の上部に制御油を流入させると、ピストン２が図１及び図２の下側に向かって移動する。ピストン２が移動するための制御油の圧力は０〜４ｋｇ／ｃｍ２程度の圧力である。孔１６がリレー１７内に入り、室２２の高圧油は閉じ込められ、リレー１７とピストン２とは一対になって移動する。
【００１９】
リレー１７が移動すると、リレーブッシュ１５の孔１６ｂと室２１が接続され、孔１６ｂを介して室２１とリレーブッシュ１５外周の室２３とが接続される。これにより、高圧油が室２３へ流れ込む。室２３は空間１３と図示せぬ油路で接続されている。従って、高圧油が室２３から空間１３へ流入し、これによりピストン１１及びロッド１０を上方向に移動させる。
【００２０】
図１に示すように、ロッド１０の外周にはカム２４が取り付けられている。カム２４にはローラ２５が当接しており、ローラ２５が取り付けられたアーム２６には支点２６ａが設けられている。支点２６ａはスペーサ３ａに取り付けられ、ローラ２６ｂはリレーブッシュ１５の外周（鍔部）に取り付けられている。上述したように高圧油によって、リレー１７が下方向へ移動すると、リレー１７下部のバネ１９が圧縮される。
【００２１】
空間１３に流入した高圧油によってロッド１０とともにカム２４が上昇すると、アーム２６のトルクによってローラ２５が図１の右方向へ移動し、アーム２６が反時計周りに回動する。そして、リレーブッシュ１５が下降して室２１と孔１６ｂの接続が絶たれる。これにより、空間１３への高圧油の流入が停止し、ロッド１０の動きが停止する。このように、図１の液体圧サーボモータでは、制御油によってピストン２の位置を制御することで、空間１３へ流入させる高圧油の圧力を制御してロッド１０の位置を制御するように構成されている。
【００２２】
次に、この実施の形態にかかる液体圧サーボモータの主要部、特にシリンダ１及びピストン２の周辺の構成と、ピストン２の動作について図２に基づいて詳細に説明する。図２に示すように、シリンダ１が形成されたシリンダブロック３にはヘッド４が装着されている。そして、シリンダ１内と外部を接続するように油路５及び油路６が設けられている。油路５はシリンダブロック３からヘッド４に向かって設けられ、ピストン２の上部からシリンダ１内に達している。油路６はシリンダブロック３に設けられ、ピストン２の下部からシリンダ１内に達している。
【００２３】
シリンダブロック３の上端部には、シリンダ１の内径に沿ってリブ３ａが全周設けられている。そして、ビストン２が最上部に達した場合でも、ピストン２の上面よりもリブ３ａの上端の位置が高くなるようにリブ３ａの形状が規定されている。ヘッド４の油路５は、リブ３ａ上からシリンダ１内に入るように形成されている。従って、油路５は、シリンダ１とピストン２がラップする領域の外からシリンダ１内部に接続されている。これにより、リブ３ａを切り欠くことなく油路５をシリンダ１内に接続することができ、ピストン２の位置によってシリンダ１とピストン２のラップ量が変動することを抑止できる。
【００２４】
このような構成の液体圧サーボモータにおいて、ピストン１を下に移動する場合は、油路５からピストン２上に制御油を流入させ、油路６からピストン２下部の制御油を排出する。　ピストン１を上に移動する場合は、油路５からピストン２上部の制御油を排出する。
【００２５】
ピストン２の移動の際には、シリンダ１の上端部に内径に沿ってリブ３ａを形成したため、ピストン２が最上部向かって移動しても、ピストン２とシリンダ１のラップ量が減少してしまうことが抑止される。また、油路５をリブ３ａ上に配置して、ピストン２の移動範囲内で油路５がシリンダ１と接続されることのないようにしたため、油路５によってピストン２とシリンダ１のラップ量が減少してしまうことを抑止できる。
【００２６】
このように、ピストン２の移動範囲の上端近傍でラップ量が減少することを抑え、ピストン２の移動範囲の全域でラップ量を均一にすることにより、ピストン２外径とシリンダ１内径の間の環状隙間における漏油量の変動を最小限に抑えることができる。図３は、この実施の形態の液体圧サーボモータにおいて、ピストン２のリフト位置による漏油量を示す特性図である。図５と同様、図３において縦軸は制御油の漏油量を示している。また、横軸はピストン２のリフト位置を示しており、ピストン２がシリンダ１内の最上部に位置している場合を０としてそこから下方への移動量を示している。このように、ピストン２とシリンダ１のラップ量をピストン２のリフト位置の全体で一定にすることにより、漏油量を一定にすることができる。
【００２７】
以上説明したように、この実施の形態によれば、シリンダブロック３の上端面にリブ３ａを形成したため、ピストン２の全移動範囲でシリンダ１とピストン２のラップ量を均一にすることができる。これにより、ピストン２が移動範囲の端部、例えば最もヘッド４側に達した場合でも、ピストン２とシリンダ１のラップ量が減少してしまうことを抑止できる。また、油路５をリブ３ａ上に配置して、油路５がピストン２の移動範囲内でシリンダ１と接続されることのないようにしたため、ピストン２の移動範囲と油路５が重なることがない。これにより、油路５によってピストン２とシリンダ１のラップ量が減少してしまうことを抑止できる。
【００２８】
そして、ラップ量の変動を抑止したことにより、ピストン２のリフト位置が変動した場合であっても、ピストン２とシリンダ１の間の漏油量の変動を抑えることができる。これにより、ピストン２の油圧の変動が最小限に抑えられ、液体圧サーボモータの制御性を大幅に向上させることが可能となる。特に、蒸気タービン、ガスタービンなど複数の液体圧サーボモータを使用する加減弁においては、油圧系全体の制御性を向上させることが可能となる。
【００２９】
なお、この実施の形態では、ピストン２とシリンダ１のラップ量の変動を抑えることで漏油量の変動を抑えたが、ピストン２とシリンダ１の環状隙間を狭める処置を併用することにより、更なる漏油量の変動を抑えることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の液体圧サーボモータでは、ピストンとシリンダのラップ量の変動を最小限に抑えることができる。これにより、漏油量の変動を抑えて液体圧サーボモータの制御性を高めることができる。
【００３１】
また、シリンダ端部にリブを設けたため、ピストンの移動範囲の端でラップ量が変動してしまうことを確実に抑止できる。
【００３２】
また、ピストンの移動範囲外で液路をシリンダ内に接続したため、ピストンの外径が液路を塞ぐことがなく、ピストンとシリンダのラップ量が減少することを抑止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態にかかる液体圧サーボモータの全体構成を示す概略断面図である。
【図２】この発明の実施の形態にかかる液体圧サーボモータの主要部を示す概略断面図である。
【図３】この実施の形態の液体圧サーボモータにおいて、ピストンのリフト位置による漏油量を示す特性図である。
【図４】従来の液体圧サーボモータを示す概略断面図である。
【図５】ピストンのリフト位置によって高圧油の漏油量が変動する様子を示す特性図である。
【符号の説明】
１　シリンダ
２　ピストン
３　シリンダブロック
４　ヘッド
５、６　油路
【図１】
2004019694.tif 000003
【図２】
2004019694.tif 000004
【図３】
2004019694.tif 000005
【図４】
2004019694.tif 000006
【図５】
2004019694.tif 000007