(57)【要約】【課題】サーボ弁１００に多量の作動油が急速に流れるときに、サーボ弁１００内で発生する振動を小さく抑え、騒音の発生を防止する。【解決手段】サーボ弁１００のコントロールポート１８４，１８６の方向をスプール１６０の移動方向の法線方向に近づけた。また、コントロールポート１８４，１８６の断面積をプレッシャーポート１９０の断面積よりも大きくした。開口１７６，１７８の縁に面取り加工又はＲ加工を施した。スプール１６０の小径部１６２，１６４の端をＲ形状とした。第一の開口１７６の断面積を第二の開口１７８の断面積より大きくした。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングに固定されたスリーブに保持されたスプールが駆動機構による力を受けて移動することにより、入力ポートから流入する流体を、スプールの小径部とスリーブから形成された第一、第二の作動室のいずれか一方に選択的に導き、第一、第二の作動室にそれぞれ接続された第一、第二の通路に流量を調節して流出させる流路流量調節装置であって、
前記ハウジングに形成される前記第一、第二の通路の角度をスプールの移動軸に対する法線からの偏位角を小さくして法線方向に近づけたことを特徴とする流路流量調節装置。
【請求項２】
ハウジングに固定されたスリーブに保持されたスプールが駆動機構による力を受けて移動することにより、入力ポートから流入する流体を、スプールの小径部とスリーブから形成された第一、第二の作動室のいずれか一方に選択的に導き、第一、第二の作動室にそれぞれ接続された第一、第二の通路に流量を調節して流出させる流路流量調節装置であって、
前記スプールには、前記スリーブと当接するエッジ部と前記小径部との間に、傾斜が設けられたことを特徴とする流路流量調節装置。
【請求項３】
請求項２に記載の流路流量調節装置であって、
前記傾斜は、前記エッジ部の角からスプールの中心方向に逃げた位置から設けられることを特徴とする流路流量調節装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の流路流量調節装置であって、
前記第一、第二の通路の断面積を入力ポートの断面積と同一、又はそれ以上としたことを特徴とする流路流量調節装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一つに記載の流路流量調節装置であって、
前記スリーブの第一、第二の通路である開口の縁に面取り加工又はＲ加工を施したことを特徴とする流路流量調節装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つに記載の流路流量調節装置であって、
前記第一、第二の作動室を形成する前記スプールの小径部の端をＲ形状としたことを特徴とする流路流量調節装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一つに記載の流路流量調節装置であって、
シリンダと、シリンダに移動可能に保持されるピストンとから成る主駆動装置の内部には、ピストンにより隔てられることにより形成された第一室、第二室があり、第一の通路が主駆動装置の荷重印加側の第一室に接続され、第二の通路が第二室に接続されており、第一の通路の断面積が第二の通路の断面積より大きいことを特徴とする流路流量調節装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧力流体の流路及び流量を調節して制御対象に供給する流路流量調節装置、特に遊技機の駆動装置、車両の緩衝装置、フライトシミュレータのサーボアクチュエータ等に用いられるサーボ弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧力流体を用いて各種アクチュエータを駆動する装置が種々の分野において用いられており、この圧力流体はサーボ弁によって制御対象となるアクチュエータに供給されている。このようなアクチュエータとしては、遊技機の駆動装置、車両の緩衝装置あるいはフライトシミュレータなどがあり、以下においては　フライトシミュレータに用いられるアクチュエータを例として説明する。
【０００３】
航空機の地上訓練機であるフライトシミュレータは飛行状態を再現して、パイロットの養成、技量向上を目的とした訓練に用いられている。フライトシミュレータの操縦室の内部では、景色、揺れ、周囲の音等が人工的につくられており、実機では実施が困難な緊急時の危険回避訓練、またレコード／プレイバック機能による訓練後の再生および技量評価などを行うことができる。
【０００４】
図１に示されるフライトシミュレータの操縦室１０の下にはコントローラ３０からの信号により伸縮するサーボアクチュエータ２０が６つ備えられており、６つのサーボアクチュエータ２０を同時に動作させることで、操縦室１０の動揺、衝撃、振動などの状態を人工的につくりだしている。
【０００５】
サーボ弁１００を用いてサーボアクチュエータ２０の長さを調節する装置は図１に示される構成となっている。サーボ弁がコントローラ３０からの制御信号にしたがい、油圧発生装置４０で加圧された作動油を２つの通路のいずれか一方に流量を調節して流し、サーボアクチュエータ２０の第一室２７または第二室２８に送る。第一室２７、第二室２８の圧力は変化し、第一室２７、第二室２８の圧力差により、ピストン２４がシリンダ２２に沿って移動し、サーボアクチュエータ２０の長さが調節される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、操縦室１０に衝撃が与えられた状態を再現する場合、サーボアクチュエータ２０の長さを良好な応答性で変化させるため、サーボ弁１００からサーボアクチュエータ２０に多量の作動油を急速に流す必要がある。しかしながら、上記説明した従来のサーボ弁１００では、プレッシャーポートからコントロールポートに多量の作動油が流れるとき、作動油の流れの乱れによりサーボ弁１００内部で振動が発生し、その振動がサーボ弁１００、配管等の固体を伝わって、操縦室１０内部の騒音になり、フライトシミュレータの操縦室１０内部を実機に近い状態にすることができない問題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る流路流量調節装置は、ハウジングに固定されたスリーブに保持されたスプールが駆動機構による力を受けて移動することにより、入力ポートから流入する流体を、スプールの小径部とスリーブから形成された第一、第二の作動室のいずれか一方に選択的に導き、第一、第二の作動室にそれぞれ接続された第一、第二の通路に流量を調節して流出させる流路流量調節装置であって、前記ハウジングに形成される前記第一、第二の通路の角度をスプールの移動軸に対する法線からの偏位角を小さくして法線方向に近づけたものである。
【０００８】
この特徴的な構成により、作動油が第一、第二の通路に入るとき、作動油の流れる方向の変化が少なく、サーボ弁内で作動油が滑らかに流れる。このため、作動油の流れにより発生する振動は小さく抑えられる。
【０００９】
また、本発明に係る流路流量調節装置は、ハウジングに固定されたスリーブに保持されたスプールが駆動機構による力を受けて移動することにより、入力ポートから流入する流体を、スプールの小径部とスリーブから形成された第一、第二の作動室のいずれか一方に選択的に導き、第一、第二の作動室にそれぞれ接続された第一、第二の通路に流量を調節して流出させる流路流量調節装置であって、前記スプールには、前記スリーブと当接するエッジ部と前記小径部との間に、傾斜が設けられたものである。
【００１０】
この特徴的な構成により、作動油の流れる方向の変化が少なく、プレッシャーポートからコントロールポートに流れる作動油の流れ、及びコントロールポートからリターンポートに流れる作動油の流れが滑らかになり、振動の発生が防止される。
【００１１】
また、前記傾斜が設けられたために作動油の流れが遮られ、作動油の流量が不十分となったときには、前記傾斜は、前記エッジ部の角からスプールの中心方向に逃げた位置から設けられることが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る流路流量調節装置は、前記第一、第二の通路の断面積を入力ポートの断面積と同一、又はそれ以上とすることが好ましい。
【００１３】
この特徴的な構成により、第一、第二の通路での作動油の流れは、入力ポートでの作動油の流れよりも滑らかになる。このため、作動油の流れにより発生する振動は小さく抑えられる。
【００１４】
また、本発明に係る流路流量調節装置は、前記スリーブの第一、第二の通路である開口の縁に面取り加工又はＲ加工を施すことが好ましい。
【００１５】
この特徴的な構成により、作動油が第一、第二の通路を通過するとき、作動油の流れが滑らかになる。このため、作動油の流れにより発生する振動は小さく抑えられる。
【００１６】
また、本発明に係る流路流量調節装置は、前記第一、第二の作動室を形成する前記スプールの小径部の端をＲ形状とすることが好ましい。
【００１７】
この特徴的な構成により、入力ポートから作動室に入った作動油は流れが強いが、作動油の流れに影響を与えるスプール小径部の端がＲ形状となっていることで、作動油の流れが滑らかになる。このため、作動油の流れにより発生する振動は小さく抑えられる。
【００１８】
また、本発明に係る流路流量調節装置は、シリンダと、シリンダに移動可能に保持されるピストンとから成る主駆動装置の内部には、ピストンにより隔てられることにより形成された第一室、第二室があり、第一の通路が主駆動装置の荷重印加側の第一室に接続され、第二の通路が第二室に接続されており、第一の通路の断面積が第二の通路の断面積より大きいことを特徴とする流路流量調節装置である。
【００１９】
サーボアクチュエータの荷重に反して動作させるとき、サーボ弁内では多量の作動油が急速に流れるが、この特徴的な構成により、作動油の流れを緩和できる。このため、作動油の流れにより発生する振動は小さく抑えられる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施形態を説明する。
【００２１】
図２には、本発明に係るサーボ弁１００の構成が示されている。図２を参照して、サーボ弁１００がコントローラ３０の信号によりサーボアクチュエータ２０の長さを伸縮させる構成及び制御方法について説明する。
【００２２】
サーボ弁１００のスプール１６０位置を調節する駆動機構としてトルクモータ１１０が備えられ、トルクモータ１１０はコイル１１２とノズルフラッパ１１４を有する。フライトシミュレータの指令信号を受けたコントローラ３０はトルクモータ１１０のコイル１１２に所望の制御電流を供給する。コイル１１２に電流が流れると周囲に磁界が発生し、ノズルフラッパ１１４が磁界により力を受けて支点１１６を中心にして傾斜する。するとノズルフラッパ１１４と第一のノズル１２０の間隙は大きくなり、ノズルフラッパ１１４と第二のノズル１２２の間隙は小さくなる。したがって、第一の圧力室１９６ではプレッシャーポート１９０から供給される作動油が隙間から抜け易くなるので圧力が小さくなり、第二の圧力室１９８ではプレッシャーポート１９０から供給される作動油が隙間から抜け難くなるので圧力が大きくなる。第一、第二の圧力室１９６，１９８で圧力差が生じ、スプール１６０が移動する。スプール１６０が移動するとフィードバックばね１１８がたわみ、磁界によるノズルフラッパ１１４の傾斜と反対方向にノズルフラッパ１１４を傾斜させる。ノズルフラッパ１１４とノズル１２０，１２２の間隙による絞りが同じになったところで、第一、第二の圧力室１９６，１９８の圧力差はなくなりスプール１６０の移動は停止する。
【００２３】
上記のような方法でスプール１６０の位置が調節され、プレッシャーポート１９０から２つのコントロールポート１８４，１８６のいずれか一方に流れる作動油の流路と流量が調節される。図２において、スプール１６０が右に移動したときプレッシャーポート１９０と第一の作動室１７２が導通し、作動油は第一のプレッシャーポート１９０から、第一の作動室１７２、第一の開口１７６、第一の中間室１８０を通過し、第一のコントロールポート１８４に流れる。また、スプール１６０が左に移動したとき同様にプレッシャーポート１９０から第二のコントロールポート１８６に流れる。このとき、スプール１６０が移動して中心位置からずれるほど、プレッシャーポート１９０から作動室１７２，１７４への通路が大きくなるので、流量は大きくなる。
【００２４】
また図２において、スプール１６０が右に移動したときは第二のコントロールポート１８６と第二のリターンポート１９４が導通し、サーボアクチュエータ２０の第二室の作動油は第二のコントロールポート１８６から第二のリターンポート１９４を通過し、油圧発生装置４０に回収される。スプール１６０が左に移動したときは同様にサーボアクチュエータ２０の第一室の作動油は油圧発生装置４０に回収される。
【００２５】
以上説明したように、スプール１６０が右に移動したときは、サーボアクチュエータ２０の第一室２７に作動油が供給され、第二室２８の作動油が回収される。スプール１６０が左に移動したときは、サーボアクチュエータ２０の第二室２８に作動油が供給され、第一室２７の作動油が回収される。このようにサーボアクチュエータ２０の第一室２７、第二室２８の作動油が供給、回収され、圧力が調節されることにより、ピストン２４の位置が制御され、サーボアクチュエータ２０は伸縮する。サーボアクチュエータ２０には図示されないセンサが備えられており、サーボアクチュエータ２０の長さの情報がコントローラ３０にフィードバックされる。
【００２６】
なお、本実施形態においては、中央のポートをプレッシャーポート１９０とし、両端のポートをリターンポート１９２，１９４としている。すなわち、ハウジング１３０及びスリーブ１５０に遮蔽管１２４を固定し、フィードバックバネ１１８の周囲をプレッシャーポート１９０とは隔離された部屋とする。そして、スプール１６０の軸中心に通路１６８を設け、この隔離された部屋をリターンポート１９２，１９４と接続している。
【００２７】
図２に示す本発明のサーボ弁１００において特徴的なことは、第一、第二のコントロールポート１８４，１８６の方向をスプール移動軸に対する法線方向に近づけたことである。作動油がスリーブ１５０に開けられた複数ある第一の開口１７６または第二の開口１７８を通って中間室１８０，１８２に入った後、作動油はスリーブ１５０の外側を周って流れるので、作動油の流れのスプール移動軸方向の成分はゼロである。このとき、スプール移動軸に対する法線方向からのコントロールポートの偏位角θ１，θ２が大きいと、作動油がコントロールポート１８４，１８６に入る際に、作動油の流れは屈曲し、流れに乱れが生じ、サーボ弁１００の振動の原因となってしまうが、本実施形態では、偏位角θ１，θ２を小さくし、第一、第二のコントロールポート１８４，１８６の方向を前記法線方向に近づけた構成にしたことで、作動油の流れの屈曲が小さく、作動油をスムーズに流すことができ、その結果、サーボ弁１００において作動油の流れにより発生する振動は小さくなり、フライトシミュレータの操縦室１０内で聞こえる騒音を小さくすることができる。
【００２８】
また、本実施形態では、スプール１６０の小径部１６２，１６４の端に傾斜をつけることで、作動油の流れを滑らかにしている。この小径部１６４の端Ａの構成を図３（ａ）に示す。スプール１６０には、スリーブ１５０とほぼ当接するエッジ部１６６の角から４０°の傾斜がつけられており、さらにこの傾斜はＲ形状をもって小径部と滑らかに接続している。傾斜は、ほぼエッジ部１６６の角から開始している。本実施形態では、このようにスプール１６０に傾斜をつけたため、サーボ弁１００内での作動油の流れが滑らかとなり、振動の発生が防止されている。傾斜は３５°〜４５°程度とすると、作動油の流量が適度に得られ、また、作動油がスプールに強く当たることにより発生する振動も抑えられるので好ましい。なお、図３には、例示的に各部の寸法を示したが、寸法はこれらに限られるものではない。
【００２９】
但し、このようにスプール１６０に傾斜をつけると傾斜により作動油の流路が狭められ大きな流量が得られないため、大きな流量が必要とされるときには、図３（ｂ）に示すような構成としてもよい。即ち、傾斜が開始する位置を、エッジ部１６６の角から所定距離だけスプールの中心方向に逃げた位置とする。このような逃げた位置から傾斜を開始すると、作動油の流路面積を大きくとることができるため、作動油の流れを滑らかとし、且つ、作動油の流量を大きくすることができる。
【００３０】
また、本実施形態のサーボ弁１００では、前記第一、第二のコントロールポート１８４，１８６の断面積をプレッシャーポート１９０の断面積と同一、又はそれ以上としている。コントロールポート１８４，１８６の断面積がプレッシャーポート１９０の断面積よりも小さい構成であると、コントロールポート１８４，１８６での作動油の流速が、プレッシャーポート１９０での作動油の流速よりも大きくなり、コントロールポート１８４，１８６で作動油の流れに起因した振動が発生し易い。しかし、第一、第二のコントロールポート１８４，１８６の断面積を入力ポートの断面積と同一であるか、又はそれ以上である構成としたことで、作動油がコントロールポート１８４，１８６で滑らかに流れ、振動の発生を防止することができる効果がある。
【００３１】
更に本実施形態では、前記スリーブ１５０の第一、第二の開口１７６，１７８の縁に面取り加工又はＲ加工を施している。この面取り加工、Ｒ形状によりサーボ弁１００内での作動油の流れを滑らかにしており、振動の発生を防止している。
【００３２】
また、本実施形態では、スリーブ１５０に第一の開口１７６、第二の開口１７８として複数の穴が開けられている。第一の開口１７６の穴の数は、第二の開口１７８の穴の数より多く、第一の開口１７６は、第二の開口１７８より断面積が大きくなっている。サーボアクチュエータ２０を急速に伸ばすときは、操縦室１０に働く重力に反して仕事をしなければならない為、サーボ弁１００からサーボアクチュエータ２０の第一室２７に多量の作動油を急速に流す必要があるが、従来技術のサーボ弁１００では第一、第二の開口１７６，１７８共に断面積が同じ大きさになっていたので、サーボ弁１００の振動を原因とする騒音が顕著であった。それに対して本実施形態では、第一の開口１７６の断面積が第二の開口１７８の断面積よりも大きい構成にしたので、サーボアクチュエータ２０を伸ばすために多量の作動油を急速に流したときであっても、第一の開口１７６を通過する作動油の流速は小さく、サーボ弁１００で発生する振動は小さく抑えることができる効果がある。
【００３３】
【発明の効果】
本発明のサーボ弁では、上記説明した構成にしたことにより、サーボ弁に多量の作動油が流れたときでも、サーボ弁で発生する振動は小さく、フライトシミュレータの操縦室の中に伝わる騒音が小さく抑えられ、より正確に実機での操縦室内部の状態を再現することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】サーボ弁を用いてサーボアクチュエータの長さを調節する装置の構成図である。
【図２】本実施形態に係るサーボ弁の構成図である。
【図３】スプールのエッジ部の形状を示す断面図である。
【符号の説明】
１０　操縦室、２０　サーボアクチュエータ、２２　シリンダ、２４　ピストン、２６　固定台、２７　第一室、２８　第二室、３０　コントローラ、４０　油圧発生装置、１００　サーボ弁、１１０　トルクモータ、１１２　コイル、１１４　ノズルフラッパ、１１６　支点、１１８　フィードバックばね、１２０　第一のノズル、１２２　第二のノズル、１２４　遮蔽管、１３０　ハウジング２，１３２，１３４　側板、１３６　オリフィス、１４０　カバー、１５０　スリーブ、１６０　スプール、１６２，１６４　小径部、１７２　第一の作動室、１７４　第二の作動室、１７６　第一の開口、１７８　第二の開口、１８０　第一の中間室、１８２　第二の中間室、１８４　第一のコントロールポート、１８６第二のコントロールポート、１９０　プレッシャーポート、１９２　第一のリターンポート、１９４　第二のリターンポート、１９６　第一の圧力室、１９８
第二の圧力室。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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