(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボディに、入力電流をアーマチュアを介して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一対の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設けてなるサーボバルブにおいて、
前記バルブ部を、前記一対のノズルに接続される一方のバルブ半部と、前記他方のノズルに接続される他方のバルブ半部との２つに分割して１組とし、これを少なくとも２組並列に設け、
各組みの一方のバルブ半部及び他方のバルブ半部を前記アーマチュアと一体に変位する同期板に常時当接させて同期させるように構成したことを特徴とするサーボバルブ。
【請求項２】
前記ボディに支持軸を軸受を介して回転自在に取り付けるとともに、該支持軸の一端部を前記アーマチュアに一体に連結し、他端部を前記同期板及び前記フラッパに連結して、前記支持軸の回転に追従させて前記同期板及び前記フラッパを揺動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。
【請求項３】
前記支持軸をトーションスプリングで構成して、前記フィードバック部と兼用させたことを特徴とする請求項２に記載のサーボバルブ。
【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、アクチュエータの作動油の流量制御等に有効なサーボバルブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
航空機、船舶、車両、一般産業機械等のアクチュエータの作動油の流量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の変位に変換して、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、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、大容量の作動油の流量を制御する場合等に複数のサーボバルブ３１、３１を並列させて使用することがあるが、個々のサーボバルブ３１の特性に差があるために動作が不安定となり、複数のサーボバルブ３１、３１を完全に同期させることができず、所望の流量制御を行うことができない。このような問題を解決するために、複数のサーボバルブ３１、３１をメカニカルなリンク機構（図示せず）によって連結して同期させる方法も提案されているが、メカニカルなリンク機構は構造が複雑なため、サーボバルブ全体としての構造が複雑化し、価格も高くなってしまう。
【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、複数のサーボバルブを並列させて使用する場合に、個々のサーボバルブの特性の差に影響されることなく複数のサーボバルブを完全に同期させることができるとともに、全体の構造を簡素化することができ、しかも価格を安く抑えることができるサーボバルブ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、ボディに、入力電流をアーマチュアを介して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一対の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設けてなるサーボバルブにおいて、前記バルブ部を、前記一方のノズルに接続される一方のバルブ半部と、前記他方のノズルに接続される他方のバルブ半部との２つに分割して１組とし、これを少なくとも２組並列に設け、各組みの一方のバルブ半部及び他方のバルブ半部を前記アーマチュアと一体に変位する同期板に常時当接させて同期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、例えば、前記ボディに支持軸を軸受を介して回転自在に取り付けるとともに、該支持軸の一端部を前記アーマチュアに一体に連結し、他端部を前記ボディに一体に連結し、かつ、該支持軸に前記同期板及び前記フラッパを連結して支持軸の回転に追従させて揺動させるようにするとよい。
また、前記支持軸をトーションスプリングで構成して、前記フィードバック部と兼用させてもよい。
【０００８】
本発明は、前記のような手段を採用したことにより、トルクモータ部に電流が入力すると、その入力電流に応じたトルクが発生してアーマチュアが変位し、アーマチュアの変位と一体にフラッパ及び同期板が変位し、フラッパと両ノズルとの距離が変化し、両ノズルの背圧に差が生じ、この背圧の差により各組の一方のバルブ半部のピストン又は他方のバルブ半部のピストンが移動して変位し、作動油の流量が制御されることになる。この場合、各組の一方のバルブ半部及び他方のバルブ半部は同期板に常時当接しているので、同期して作動する。
さらに、支持軸をトーションスプリングで構成してフィードバック部と兼用した場合には、支持軸がアーマチュアと一体に回転したときに支持軸に捩れが発生し、支持軸が捩れた状態から元の状態に復帰することによりフラッパが中立位置に押し戻され、各バルブ半部のピストンの変位がフラッパにフィードバックされる。
【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には、本発明によるサーボバルブの一実施の形態が示されていて、このサーボバルブ１は、ボディ９に設けられるトルクモータ部２と油圧増幅部１２とバルブ部１８とフィードバック部３１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１４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３石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、アーマチュア４に一端が連結されるとともに、他端がボディ９側に固定される支持軸６と、支持軸６をボディ９に回転自在に支持するラジアル軸受等の軸受７と、支持軸６とボディ９との間をシールするＯリング等のシール部材８とから構成されている。
【００１１】
油圧増幅部１２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１４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の支持軸６に軸線と直交するように連結されて支持軸６に追従して揺動するフラッパ１４と、フラッパ１４を挟んで対向して設けられる一対のノズル１５、１５とからなるノズルフラッパ機構１３を具えている。
【００１２】
トルクモータ部２の支持軸６には支持軸６の軸線と直交するように２つの同期板１０、１１が十字状に連結され、支持軸６の回転に追従して揺動するようになっている。一方の同期板１０には後述するバルブ部１８の一方のバルブ半部１９が常時当接し、他方の同期板１１には他方のバルブ半部２５が常時当接するようになっている。
【００１３】
各ノズル１５の内部にはメインフィルタ１７及びオリフィス１６を介して作動油が導かれるようになっている。一方のノズル１５は後述するバルブ部１８の一方のバルブ半部１９のシリンダ室２１の後端部に連通され、他方のノズル１５は他方のバルブ半部２５のシリンダ室２７の後端部に連通されるようになっている。したがって、各ノズル１５に作用する背圧は各バルブ半部１９、２５のシリンダ室２１、２７の後端部、すなわち各ピストン２２、２８の後端面に導かれるようになっている。
【００１４】
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１４は両ノズル１５、１５から等距離に位置し、両ノズル１５、１５から同量・同圧の作動油が噴出し、両ノズル１５、１５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と一体に支持軸６が回転するとともに、支持軸６の回転に追従してフラッパ１４及び同期板１０、１１が揺動し、フラッパ１４がノズル１５の方向に変位する。フラッパ１４がノズル１５の方向に変位すると、フラッパ１４と両ノズル１５、１５との距離が変化し、両ノズル１５、１５の背圧のバランスが崩れ、両ノズル１５、１５の背圧が変化し、両ノズル１５、１５からピストン２２、２８の後端面に導かれる作動油の圧力に差が生じ、その圧力差に応じてピストン２２、２８が移動し、変位することになる。
【００１５】
バルブ部１８は、一方のバルブ半部１９と他方のバルブ半部２５とからなるものであって、この２つバルブ半部１９、２５からなるものを１組として、これを２組並列にボディ９に設けて構成したものである。
【００１６】
一方のバルブ半部１９は、内部にシリンダ室２１が設けられるとともに、シリンダ室２１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２０と、ボディ２０のシリンダ室２１内に移動自在に設けられるピストン２２と、シリンダ室２１の後端面とピストン２２の後端面との間に設けられるスプリング２４と、ピストン２２の先端部に一体に設けられてシリンダ室２１から突出するプランジャ２３とから構成されている。
【００１７】
他方のバルブ半部２５は、内部にシリンダ室２７が設けられるとともに、シリンダ室２７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２６と、ボディ２６のシリンダ室２７内に移動自在に設けられるピストン２８と、シリンダ室２７の後端面とピストン２８の後端面との間に設けられるスプリング３０と、ピストン２８の先端部に一体に設けられてシリンダ室２７から突出するプランジャ２９とから構成されている。
【００１８】
各バルブ部１８の一方のバルブ半部１９のシリンダ室２１の後端部には油圧増幅部１２の一方のノズル１５の背圧が導かれ、他方のバルブ半部２５のシリンダ室２７の後端部には油圧増幅部１２の他方のノズル１５の背圧が導かれ、両ノズル１５、１５の背圧の差に応じて一方のバルブ半部１９のピストン２２又は他方のバルブ半部２５のピストン２８がシリンダ室２１、２７内を移動し、変位する。そして、ピストン２２、２８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。
【００１９】
フィードバック部３１は、トーションスプリングからなる支持軸６に兼用させたものであって、支持軸６がアーマチュア４の回転と一体に回転したときに支持軸６には捩れが発生し、支持軸６が捩れた状態から元の状態に復帰することによりフラッパ１４が中立位置に押し戻され、ピストン２２、２８をその位置に停止させ、ピストン２２、２８を介しての作動油の流量を決定する。すなわち、支持軸６は、ピストン２２、２８の変位をフラッパ１４にフィードバックさせる機能を有するものである。
【００２０】
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。
【００２１】
そして、アーマチュア４が回転すると、アーマチュア４の回転と一体に支持軸６が回転し、支持軸６に捩れが発生し、支持軸６の回転に追従してフラッパ１４及び同期板１０、１１が揺動し、フラッパ１４がノズル１５の方向に変位し、両ノズル１５、１５から等距離に位置していたフラッパ１４と両ノズル１５、１５との距離が変化し、バランスが保たれていた両ノズル１５、１５の背圧に差が生じる。この背圧は、ピストン２２、２８の後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２２、２８が移動し始める。この場合、各バルブ部１８の一方のバルブ半部１９のプランジャ２３には一方の同期板１０が常時当接し、他方のバルブ半部２５のプランジャ２９には他方の同期板１１が常時当接しているので、両バルブ部１８、１８の一方のバルブ半部１９及び他方のバルブ半部２５は同期して作動することになる。
【００２２】
そして、支持軸６が捩れた状態から元の状態に復帰することによりフラッパ１４が中立位置に押し戻され、両ノズル１５、１５の背圧の差が０となり、ピストン２２、２８がその位置に停止し、バルブ部１８を介しての作動油の流量が決定されることになる。
【００２３】
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にあっては、支持軸６に設けた同期板１０、１１によって両バルブ部１８、１８の一方のバルブ半部１９及び他方のバルブ半部２５を同期させて作動させることができるので、個々のバルブ半部１９、２５に特性の差があっても動作が不安定になるようなことはなく、両バルブ部１８、１８は制御流量の誤差の範囲で完全に同期することになる。したがって、両バルブ部１８、１８をアクチュエータ（図示せず）に接続した場合に、メカニカルなリンク機構を必要とすることなく、力学的に完全に同期させて作動させることができる。また、両バルブ部１８、１８の極性を変えてそれぞれアクチュエータに接続した場合には、速度の位相を完全に１８０°ずらすことができるので、往復運動を回転運動等に変える用途に有効となる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は、バルブ部を、一方のノズルに接続される一方のバルブ半部と、他方のノズルに接続される他方のバルブ半部との２つに分割して１組とし、これを少なくとも２組並列に設け、各組みの一方のバルブ半部及び他方のバルブ半部をアーマチュアと一体に変位する同期板に常時当接させたことにより、個々のバルブ半部の特性に差があっても動作が不安定になるようなことはなく、複数のバルブ部を完全に同期させて作動させることができる。つまり、複数のバルブ部を例えばアクチュエータに接続した場合等にも、バルブ部を力学的に完全に同期して作動させることができる。したがって、構造が複雑で高価なメカニカルなリンク機構が不要となり、サーボバルブ全体としての構造を簡素化でき、価格も低減させることができる。さらに、複数のバルブ部の極性を変えて各々アクチュエータに接続した場合等に、速度の位相を１８０°ずらすことも容易にできるので、往復運動を回転運動等に変える用途に有効となる。
また、ボディに支持軸を軸受を介して回転自在に取り付けるとともに、支持軸とボディとの間をシール部材でシールしたことにより、軸受に市販品の安価なラジアル軸受等を用いることができるとともに、シール部材に市販品の安価なＯリング等を用いることができる。したがって、全体としての価格を安く抑えることができ、安価なサーボバルブを提供できる。
また、支持軸をトーションスプリングで構成して、フィードバック部と兼用させたことにより、安価なトーションスプリングからなる支持軸によってピストンの変位をフラッパにフィードバックさせるフィードバック部を構成できるので、これによっても全体としての価格を安く抑えることができる。
【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】  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…サーボバルブ
２…トルクモータ部
３…永久磁石
４…アーマチュア
５…コイル
６…支持軸
７…軸受
８…シール部材
９…ボディ
１０、１１…同期板
１２…油圧増幅部
１３…ノズルフラッパ機構
１４…フラッパ
１５…ノズル
１６…オリフィス
１８…バルブ部
１９…一方のバルブ半部
２０、２６…ボディ
２１、２７…シリンダ室
２２、２８…ピストン
２３、２９…プランジャ
２４、３０…スプリング
２５…他方のバルブ半部
３１…フィードバック部
【図１】
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【図２】
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