(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電流をフラッパの変位に変換するトルクモータ部と、前記フラッパの変位をフラッパを挟んで対向して設けられるノズルを介して油圧の圧力差に変換する油圧増幅部と、該油圧増幅部の圧力差をピストンの変位に変換し、作動油の流量を制御するバルブ部と、前記ピストンの変位を前記フラッパにフィードバックするフィードバック部とを具えたサーボバルブのノズルフラッパ機構であって、前記ノズルを回転可能に設け、該ノズルの一部に作動油を作用させることにより該ノズルを回転させるように構成したことを特徴とするサーボバルブのノズルフラッパ機構。
【請求項２】
前記ノズルは、非回転の外筒と、該外筒内に回転可能に設けられるとともに、先端部が該外筒から突出して前記フラッパと対向する内筒とからなり、該内筒の一部に作動油を作用させることにより該内筒を回転させるように構成したことを特徴とする請求項１に記載のサーボバルブのノズルフラッパ機構。
【請求項３】
前記内筒は、筒状のノズル部と、該ノズル部の先端部外周面に一体に設けられる円板状の前シール部と、前記ノズル部の後端部に一体に設けられるカップ状の後シール部と、を備え、前記ノズル部の先端部が前記外筒を貫通するように構成され、前記ノズル部の内部に作用する作動油の圧力と、前記後シール部の内側に作用する作動油の圧力との差により常時前記フラッパの方向に押圧するように構成したことを特徴とする請求項２に記載のサーボバルブのノズルフラッパ機構。
【請求項４】
前記内筒を、前記後シール部に設けたノズルに作動油を作用させることにより回転させるように構成したことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のサーボバルブのノズルフラッパ機構。
【請求項５】
前記外筒と前記前シール部との間、および前記外筒と前記後シール部との間にラビリンスシールを設け、該ラビリンスシールにより前記外筒と前記内筒との間をシールするとともに、前記内筒をフローティング状態に保持するように構成した請求項２から請求項４のうちのいずれか一項に記載のサーボバルブのノズルフラッパ機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機、船舶、車両、一般産業機械等に用いられるサーボバルブに関し、特に、航空機用ジェットエンジンの燃料制御等に有効なサーボバルブのノズルフラッパ機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
航空機用ジェットエンジンの燃料制御等に用いられるサーボバルブには種々のタイプのものがあり、例えば図３に示すようなノズルフラッパ方式のサーボバルブが一般に知られている。
【０００３】
すなわち、このサーボバルブ３１は、入力電流をアーマチュア３４を介してフラッパ３８の変位に変換するトルクモータ部３２と、フラッパ３８の変位をフラッパ３８を挟んで対向して設けられる一対のノズル３９、３９を介して油圧の圧力差に変換する油圧増幅部３６と、油圧増幅部３６の圧力差をピストン４５の変位に変換し、作動油の流量を制御するバルブ部４２と、ピストン４５の変位をフラッパ３８にフィードバックするフィードバック部５２とを具えている。
【０００４】
そして、上記のような構成のサーボバルブ３１のトルクモータ部３２に電流を入力すると、入力電流に応じたトルクがトルクモータ部３２に発生してアーマチュア３４が回転し、アーマチュア３４の回転に追従してフラッパ３８が揺動してノズル３９の方向に変位し、フラッパ３８の変位に応じて両ノズル３９、３９の背圧に差が生じる。ここで、両ノズル３９、３９の背圧は、バルブ部４２のピストン４５の両端面に作用する圧力であるから、両ノズル３９、３９の背圧の差に応じてピストン４５が移動し、変位する。そして、ピストン４５が変位すると、ピストン４５の変位に追従してフィードバック部５２のフィードバックワイヤ５３が撓み、フィードバックワイヤ５３が撓んだ状態から元の状態に復帰することによりフラッパ３８が中央に押し戻され、両ノズル３９、３９の背圧の差が０となり、ピストン４５がその位置に停止し、バルブ部４２を介しての作動油の流量が決定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構成のサーボバルブ３１にあっては、フラッパ３８と両ノズル３９、３９との隙間が数十μｍと非常に狭く設定されているため、その隙間内に作動油中に含まれる塵埃等のコンタミナントを噛み込んだ場合に、それを自力で排除することができない。このため、フラッパ３８の動きが阻害されてしまい、トルクモータ部３２のトルクに応じてフラッパ３８を変位させることができなくなり、入力電流に応じた作動油の流量の制御を行うことができなくなる。
【０００６】
本発明は、前記のような問題点を解決したものであって、フラッパとノズルとの間に作動油中に含まれる塵埃等のコンタミナントを噛み込むのを阻止し、これによりフラッパのスムーズな動きを確保して、トルクモータ部のトルクに応じてフラッパを確実に変位させ、入力電流に応じた作動油の流量の制御を確実に行うことができるサーボバルブのノズルフラッパ機構を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために本発明は、入力電流をフラッパの変位に変換するトルクモータ部と、前記フラッパの変位をフラッパを挟んで対向して設けられるノズルを介して油圧の圧力差に変換する油圧増幅部と、該油圧増幅部の圧力差をピストンの変位に変換し、作動油の流量を制御するバルブ部と、前記ピストンの変位を前記フラッパにフィードバックするフィードバック部とを具えたサーボバルブのノズルフラッパ機構であって、前記ノズルを回転可能に設け、該ノズルの一部に作動油を作用させることにより該ノズルを回転させるように構成した手段を採用したものである。
この場合、前記ノズルは、非回転の外筒と、該外筒内に回転可能に設けられるとともに、先端部が該外筒から突出して前記フラッパと対向する内筒とからなり、該内筒の一部に作動油を作用させることにより該内筒を回転させるように構成するとよい。
さらに、前記内筒を、内筒の内部に作用する作動油の圧力と、内筒の後端部に作用する作動油の圧力との差により常時前記フラッパの方向に押圧するように構成するとよい。
また、前記内筒を、内筒の後端部に設けたノズルに作動油を作用させることにより回転させるように構成してもよい。
また、前記外筒と前記内筒との間にラビリンスシールを設け、該ラビリンスシールにより両筒間をシールするとともに、前記内筒をフローティング状態に保持してもよい。
【０００８】
本発明は、前記のような手段を採用したことにより、油圧増幅部のノズル（内筒）の一部に作動油を作用させ、ノズル（内筒）を回転させることにより、作動油中に含まれる塵埃等のコンタミントがノズルとフラッパとの間に噛み込むのを阻止できる。
また、内筒の内部に作用する作動油の圧力と、内筒の後端部に作用する作動油との圧力との差により内筒が常時フラッパの方向に押圧されることにより、ノズルの内筒とフラッパとの距離が一定の値に保たれる。したがって、ノズルの内筒を介して得られる背圧に誤差が生じることなく、フラッパの変位に応じた背圧をピストンの両端面に導くことができ、高精度で作動油の流量を制御することができる。
また、内筒を、内筒の後端部に設けたノズルに作動油を作用させることにより回転させるように構成したことにより、簡単な構造で内筒を回転させることができる。したがって、全体を大型化、複雑化することなく、高精度で作動油の流量を制御できる。
また、外筒と内筒との間にラビリンスシールを設け、ラビリンスシールにより両筒間をシールするとともに、内筒をフローティング状態に保持することにより、内筒と外筒との間に摩耗が生じるようなことはなく、長期的に安定した性能が得られる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す本発明の実施の形態について説明する。
図１及び図２には、本発明によるサーボバルブのノズルフラッパ機構の一実施の形態が示されていて、このサーボバルブ１は、トルクモータ部２と油圧増幅部６とバルブ部２１とフィードバック部２７とを具えている。
【００１０】
トルクモータ部２は、入力電流をフラッパ８の変位に変換するものであって、先端部に対向する磁極を有する永久磁石３と、永久磁石３の両磁極間に回転自在に設けられるアーマチュア４と、アーマチュア４の周囲に巻回されるコイル５とから構成され、コイル５に入力する電流に応じたトルクを発生させてアーマチュア４を回転させることができるものである。
【００１１】
油圧増幅部６は、トルクモータ部２のアーマチュア４の変位をフラッパ８を介して油圧の圧力差に変換するものであって、トルクモータ部２のアーマチュア４に一体に連結されて、アーマチュア４の回転に追従して揺動するフラッパ８と、フラッパ８を挟んで対向して設けられる一対のノズル９、９とからなるノズルフラッパ機構７を具えている。
【００１２】
各ノズル９は、ボディ２２側に固定される非回転の外筒１０と、外筒１０の内部に回転可能に設けられるとともに、先端部が外筒１０を貫通してフラッパ８と対向する内筒１１とから構成され、内筒１１の先端とフラッパ８との間には数十μｍの隙間が形成されるようになっている。
【００１３】
内筒１１は、筒状のノズル部１２と、ノズル部１２の先端部外周面に一体に設けられる円板状の前シール部１３と、ノズル部１２の後端部に一体に設けられるカップ状の後シール部１６とから構成され、ノズル部１２の先端部が外筒１０を貫通するようになっている。
【００１４】
前シール部１３の外周面及び後シール部１６の外周面にはそれぞれ環状の溝１４、１７が軸線方向に所定の間隔ごとに連続して設けられ、この環状の溝１４、１７と外筒１０の内周面とによってそれぞれラビリンスシール１５、１８が構成されるようになっている。各ラビリンスシール１５、１８には高圧の作動油が導かれ、これにより前シール部１３と外筒１０との間及び後シール部１６と外筒１０との間がそれぞれシールされるとともに、内筒１１がフローティング状態で外筒１０の内側に保持されるようになっている。
【００１５】
後シール部１６の内側にはオリフィス２０を介して高圧の作動油が導かれ、この作動油の圧力とノズル部１２の内部に作用する作動油の圧力との差により内筒１１は常時フラッパ８の方向に押圧され、内筒１１のノズル部１２の先端とフラッパ８との距離が一定の値に保たれるようになっている。
【００１６】
後シール部１６の閉塞されている軸線方向の一端部にはそこを軸線に対して所定の角度で貫通するノズル１９が複数箇所に設けられ、このノズル１９に後シール部１６の内側に作用する高圧の作動油を導き、噴出させることにより内筒１１を回転させることができるものである。ノズル１９から噴出された作動油は前シール部１３と後シール部１６との間の中間室２４を介してノズル部１２内に導かれるようになっている。
【００１７】
中間室２４は後述するバルブ部２１のシリンダ室２３の両端部に連通し、各ノズル部１２に作用する背圧が中間室２４を介してシリンダ室２３の両端部、すなわちピストン２５の両端面に導かれるようになっている。
【００１８】
そして、トルクモータ部２への入力電流が０の場合には、フラッパ８は両ノズル部１２、１２から等距離に位置し、両ノズル部１２、１２から同量・同圧の作動油が噴出し、両ノズル部１２、１２の背圧はバランスがとられた状態となる。一方、トルクモータ部２に電流が入力されてアーマチュア４が回転すると、アーマチュア４の回転に追従してフラッパ８が揺動してノズル部１２の方向に変位し、フラッパ８と両ノズル部１２、１２との距離が変化し、両ノズル部１２、１２の背圧のバランスが崩れ、両ノズル部１２、１２の背圧が変化し、両ノズル部１２、１２からピストン２５の両端面に導かれる作動油の圧力に差が生じ、その圧力差によりピストン２５が移動し、変位することになる。
【００１９】
バルブ部２１は、内部にシリンダ室２３が設けられるとともに、シリンダ室２３と連通する供給ポート（図示せず）、戻りポート（図示せず）及び制御ポート（図示せず）が設けられるボディ２２と、ボディ２２のシリンダ室２３内に移動自在に設けられるピストン２５から構成されている。シリンダ室２３の両端部には油圧増幅部６の両ノズル部１２、１２の背圧が導かれ、両ノズル部１２、１２の背圧の差に応じてシリンダ室２３内をピストン２５が移動し、変位する。そして、ピストン２５の変位に応じて各ポートが開閉され又は各ポートの開閉度が調整され、各ポートを介しての作動油の流量が制御されるものである。
【００２０】
ピストン２５の長手方向の中心部の外周面には所定の深さの凹部２６が環状に設けられ、この凹部２６内に後述するフィードバック部２７のフィードバックワイヤ２８のボール２９が摺動自在に結合されるようになっている。
【００２１】
フィードバック部２７は、一端部がフラッパ８に一体に結合される弾性変形可能なフィードバックワイヤ２８と、フィードバックワイヤ２８の他端部に一体に設けられるボール２９とからなるものであって、ボール２９はピストン２５の外周面の凹部２６に摺動自在に結合されるようになっている。フィードバックワイヤ２８は、ピストン２５の変位に追従して撓み、撓んだ状態から元の状態に復帰することによりフラッパ８を中立位置に押し戻し、ピストン２５をその位置に停止させ、ピストン２５を介しての作動油の流量を決定する。すなわち、フィードバックワイヤ２８は、ピストン２５の変位をフラッパ８にフィードバックさせる機能を有するものである。
【００２２】
そして、上記のように構成したサーボバルブ１のトルクモータ部２に電流を入力すると、その入力電流に比例したトルクがトルクモータ部２に発生し、そのトルクに応じてアーマチュア４が回転する。
【００２３】
また、アーマチュア４が回転すると、アーマチュア４の回転に追従して油圧増幅部６のフラッパ８が一体に揺動してノズル９の方向に変位し、両ノズル９、９のノズル部１２、１２から等距離に位置していたフラッパ８と両ノズル部１２、１２との距離が変化し、バランスが保たれていた両ノズル部１２、１２の背圧に差が生じる。この背圧は、ピストン２５の両端面に作用する圧力であるから、圧力の低い方にピストン２５が移動し始める。
【００２４】
そして、ピストン２５が移動すると、ピストン２５の移動に伴ってフィードバック部２７のフィードバックワイヤ２８が撓み、フィードバックワイヤ２８が撓んだ状態から元の状態に復帰することによりフラッパ８が中央に押し戻され、両ノズル部１２、１２の背圧の差が０となり、ピストン２５がその位置に停止し、バルブ部２１を介しての作動油の流量が決定される。
【００２５】
上記のように構成した本実施の形態によるサーボバルブ１のノズルフラッパ機構７にあっては、ノズル９を外筒１０と内筒１１とによって構成し、内筒１１を回転可能としたことにより、作動油中に含まれる塵埃等のコンタミナントが内筒１１のノズル部１２とフラッパ８との間に噛み込むことが阻止され、あるいはコンタミナントを噛み込んでも、それを外方に排除することができる。したがって、フラッパ８の動きが阻害されるようなことはなくなり、トルクモータ部２のトルクに応じてフラッパ８を変位させ、入力電流に応じた作動油の流量の制御を行うことができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、油圧増幅部のノズル（内筒）を回転可能に設けて、ノズル（内筒）を作動油の作用により回転させるように構成したことにより、作動油中に含まれる塵埃等のコンタミントがノズルとフラッパとの間に噛み込むのを阻止できる。したがって、フラッパの動きが阻害されるようなことはなくなり、トルクモータ部のトルクに応じてフラッパを変位させ、入力電流に応じて作動油の流量を制御できる。これにより、信頼性の高い高精度のサーボバルブを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるサーボバルブの一実施の形態を示した概略図である。
【図２】  図１に示すものの部分拡大断面図である。
【図３】  従来のサーボバルブの一例を示した概略図である。
【符号の説明】
１、３１…サーボバルブ
２、３２…トルクモータ部
３…永久磁石
４、３４…アーマチュア
５…コイル
６、３６…油圧増幅部
７…ノズルフラッパ機構
８、３８…フラッパ
９、３９…ノズル
１０…外筒
１１…内筒
１２…ノズル部
１３…前シール部
１４…溝
１５…ラビリンスシール
１６…後シール部
１７…溝
１８…ラビリンスシール
１９…ノズル
２０…オリフィス
２１、４２…バルブ部
２２…ボディ
２３…シリンダ室
２４…中間室
２５、４５…ピストン
２６、４６…凹部
２７、５２…フィードバック部
２８、５３…フィードバックワイヤ
２９、５４…ボール
【図１】
0004734790.tif 000002
【図２】
0004734790.tif 000003
【図３】
0004734790.tif 000004