(57)【要約】【課題】外乱による急激なダイアフラムの撓み変形における背圧室の体積変動を防止ないし抑制することにより、背圧室内に圧力振動を生じないようにして、流量制御装置に自励振動が発生するのを防止ないしは抑制する。【解決手段】流量制御装置１０は、ハウジング２４の内部室３０を吐出室３６と背圧室３４に区分する撓み変形可能なダイアフラム３２と、前記吐出室３６を形成するハウジング３２に形成される弁座面４７と、前記弁座面４７に一端が開口する吐出通路４６と、前記ダイアフラム３２と前記弁座面４７との間の可変する流通隙間によって形成される可変絞りとを備え、前記背圧室３４を形成するハウジング２４は撓み変形可能とされる薄肉壁４８に形成され、前記ダイアフラム３２の撓み変形による前記背圧室３４の容積の増減に応じて、前記薄肉壁４８を変形させて前記背圧室３４の容積の変動を防止なし抑制する。【選択図】図2
2017003004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に、液体が供給される内部室を形成したハウジングと、
前記内部室を吐出室と背圧室に区分する撓み変形可能なダイアフラムと、
前記内部室の吐出室及び背圧室に液体を供給するための供給通路と、
前記吐出室を形成するハウジングにおける、前記ダイアフラムと対応する位置に形成される弁座面と、
前記弁座面に一端が開口する吐出通路と、
前記撓み変形可能なダイアフラムと前記弁座面との間の可変する流通隙間によって形成される可変絞りとを備え、
前記背圧室を形成するハウジングの少なくとも一部は当該背圧室内の液圧変化に応じて撓み変形可能とされる薄肉壁に形成され、前記ダイアフラムの撓み変形による前記背圧室の容積の増減に応じて前記薄肉壁を変形させて、前記背圧室の容積の変動を防止ないし抑制するようにした流量制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の流量制御装置であって、
前記薄肉壁の変形剛性は、前記ダイアフラムの変形剛性と同等か同等以下とされている流量制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の流量制御装置であって、
前記供給通路から前記背圧室への流路には固定絞りが設けられている流量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量制御装置に関する。特に、静圧流体軸受への供給液体量を制御するためにポンプから流体軸受への供給路に配置される流量制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
静圧流体軸受装置は、ポンプから圧送される流体を流量制御装置によって流量制御して静圧流体軸受の静圧ポケットに供給するようになっている。流量制御装置は、ハウジングの内部に形成される内部室を吐出室と背圧室とに区画するダイアフラムを備える構成となっている。このダイアフラムを備えた流量制御装置は、吐出室と背圧室との圧力差に応じてダイアフラムが撓み変形し、これによってハウジングに形成した吐出通路の流出口の開度を増減させて流体の供給流量を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２３１８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述の流量制御装置はその制御時に自励振動を生じることがあることが知られている。自励振動は流量制御装置、流体軸受、及び配管を含む系により発生すると考えられる。流量制御装置のダイアフラムに着目すると、吐出室と背圧室とに生じる圧力差によりダイアフラムが撓み変形する際に振動を生じることがある。
【０００５】
それは静圧ポケットに作用する急激な外乱により静圧ポケットに急激な圧力変動が生じる。この急激な圧力変動は吐出通路を通じて吐出室に伝えられる。この圧力変動により吐出室と背圧室とに急激な圧力差が生じダイアフラムを瞬時に撓ませようとする。このダイアフラムの瞬時の撓みにより背圧室の体積が急激に変動し、この体積の変動の反作用がダイアフラムに作用する。この作用が瞬時の間に繰り返し行われる、すなわち、背圧室内に圧力振動が生じることにより、ダイアフラムに振動が生じ、流量制御装置の自励振動となる。
【０００６】
発明者の原因解析によれば、上述の自励振動は、外乱による急激なダイアフラムの撓み変形に伴う背圧室の体積変動に対して背圧室内の液体量の追従変化が対応しきれないことによると考えた。
【０００７】
而して、本発明は上述した点に鑑みて創案されたものであって、本発明が解決しようとする課題は、外乱による急激なダイアフラムの撓み変形における背圧室の体積変動を防止ないし抑制することにより、背圧室内に圧力振動を生じないようにして、流量制御装置に自励振動が発生するのを防止ないしは抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は次の手段をとる。
【０００９】
本発明に係る流量制御装置は、内部に、液体が供給される内部室を形成したハウジングと、前記内部室を吐出室と背圧室に区分する撓み変形可能なダイアフラムと、前記内部室の吐出室及び背圧室に液体を供給するための供給通路と、前記吐出室を形成するハウジングにおける、前記ダイアフラムの中央位置と対応する位置に形成される弁座面と、前記弁座面に一端が開口する吐出通路と、前記撓み変形可能なダイアフラムと前記弁座面との間の可変する流通隙間によって形成される可変絞りとを備え、前記背圧室を形成するハウジングの少なくとも一部は当該背圧室内の液圧変化に応じて撓み変形可能とされる薄肉壁に形成され、前記ダイアフラムの撓み変形による前記背圧室の容積の増減に応じて前記薄肉壁を変形させて、前記背圧室の容積の変動を防止ないし抑制する。
【００１０】
上記の本発明によれば、背圧室を形成するハウジングの少なくとも一部が流体圧に応じて撓み変形可能な薄肉壁に形成されている。これによりダイアフラムが急激に撓み変形する場合でも、背圧室内の液体は非圧縮性であるため、変形可能とされている薄肉壁がダイアフラムの変形に対応して追従変形し、背圧室の容積の変動を抑制する。例えば、ダイアフラムが背圧室の容積を増大させる方向に撓み変形する場合は、非圧縮性の液体により薄肉壁は背圧室の容積を減少させる方向に変形し、背圧室の容積の変動を防止ないし抑制する。このようにダイアフラムが急激に撓み変形する場合でも、背圧室の体積の変動を防止ないし抑制することができるため、流量制御装置における振動の発生を防止ないし抑制することができる。
【００１１】
なお、上記の本発明は次の態様とするのが好ましい。
【００１２】
先ず、前記薄肉壁の変形剛性は、前記ダイアフラムの変形剛性と同等か同等以下とされているのが良い。これにより薄肉壁の変形はダイアフラムの撓み変形に伴う容積変形量に対応して確実に行われる。
【００１３】
次に、前記供給通路から前記背圧室への流路には固定絞りが設けられているのが良い。これにより背圧室内の液体量の変動が抑制されるので、非圧縮性の液体によるダイアフラムの撓み変形に対応する薄肉壁の変形が確実に行われる。
【発明の効果】
【００１４】
上述した手段の本発明によれば、外乱による急激なダイアフラムの撓み変形における背圧室の体積変動を防止ないし抑制することができて、背圧室内に圧力振動を生じなくすることができて、流量制御装置に自励振動が発生するのを防止ないしは抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態の流量制御装置が配置された静圧流体軸受装置の概要を説明するための説明図である。
【図２】本実施形態の流量制御装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
先ず、図１に基づいて流量制御装置１０が配置された静圧流体軸受装置２０の概要を説明する。流量制御装置１０はポンプ１２により油圧等の液圧を持つ流体が発生させられて、流量制御装置１０に供給される。そして、流量制御装置１０により液体を所定の液圧流量に制御し、静圧流体軸受１４の静圧ポケット１６に供給される。静圧ポケット１６に供給された液圧流量を持つ流体によりベッド１８が可動可能に静圧流体軸受１４により支持される。このため流量制御装置１０による液圧流量制御はベッド１８の支持に適する所定の液圧流量に制御されて供給される。なお、図１では静圧流体軸受装置２０は一系統の流量制御装置１０のみが図示されている。しかし、具体的には、ベッド１８に対し、テーブルを案内するためにテーブルには複数の静圧流体軸受１４を有する。複数の静圧流体軸受１４の静圧ポケットに対してそれぞれ流量制御装置１０が設けられて、複数の静圧ポケット１６毎にそれぞれ別個に制御されて図略のテーブルを支持するようになっている。
【００１８】
図１に示すベッド１８は図略のテーブルを案内支持する実施形態の場合を示している。テーブルはベッド１８に対して図１で見て左右方向に移動可能に静圧流体軸受１４により支持されている。静圧流体軸受１４の静圧ポケット１６を囲堯する囲堯部材１４Ａの先端部１４Ａａとベッド１８の平面プレートとの隙間は、静圧ポケット１６内の液体が流出する可変絞り２２となっている。この可変絞り２２の隙間の大きさにより静圧ポケット１６内の液体の流出量が変化し、静圧ポケット１６の液圧が変化する。この静圧ポケット１６の液圧の変化に対応させて、流量制御装置１０により液圧流量を制御するものである。
【００１９】
図２は流量制御装置１０を示す。流量制御装置１０はハウジング２４により骨格が形成されている。ハウジング２４は上部ハウジング２４Ａと下部ハウジング２４Ｂとの２分割で形成されており、両部材２４Ａ，２４Ｂはボルト２６により締着されて一体化されている。ボルト２６は上部ハウジング２４Ａに貫通形成されたボルト孔２８を挿通して、下部ハウジング２４Ｂのネジ孔２９に螺合して両部材２４Ａ，２４Ｂを一体化している。
【００２０】
ハウジング２４の内部にはポンプ１２からの液体、本実施形態では作動油が供給される内部室３０が形成されている。詳細には内部室３０は上部ハウジング２４Ａと下部ハウジング２４Ｂとの間に形成されており、円筒形状として形成されている。内部室３０にはダイアフラム３２が設置されており、内部室３０を当該ダイアフラム３２により図２で見て上方の背圧室３４と、下方の吐出室３６に区分している。ダイアフラム３２の内部室３０への設置は、下部ハウジング２４Ｂの段付き形状部３８に載置されて設置されている。
【００２１】
内部室３０を形成する背圧室３４と吐出室３６には、ポンプ１２からの作動油が供給通路４０を通じて供給される。詳細には、背圧室３４には供給通路４０から分岐された分岐流路４２Ａを通じて供給される。吐出室３６には供給通路４０から分岐された分岐流路４２Ｂを通じて供給される。なお、背圧室３４への分岐流路４２Ａには仮想線で示すような固定絞り４４を設置するのが好ましい。
【００２２】
下部ハウジング２４Ｂの下面の中央位置には、吐出通路４６が外部に貫通して形成されている。吐出通路４６は吐出室３６の液体を静圧流体軸受１４の静圧ポケット１６に供給するための通路である。吐出通路４６の一端が開口する吐出室３６への開口部は図２で見て上方に突出して形成されており、開口部の上面はダイアフラム３２と平行に形成された弁座面４７となっている。この弁座面４７に対向してダイアフラム３２が設置されており、可変絞りの流通隙間を形成している。この可変絞りの流通隙間はダイアフラム３２の撓み変形により変化する。図２で見て、ダイアフラム３２が下方に撓み変形するときは流通隙間は小さく、ダイアフラム３２が上方に撓み変形するときは流通隙間は大きくなって、静圧流体軸受１４の静圧ポケット１６へ供給する流体を所定の液圧流量を制御する。
【００２３】
上部ハウジング２４Ａの下面部における、ダイアフラム３２と対設した位置の壁部は、背圧室３４の液圧変動により撓み変形することのできる薄肉壁４８に形成されている。本実施形態では、薄肉壁４８に形成される面積はダイアフラム３２の面積と同じとされている。また、薄肉壁４８の変形剛性は、ダイアフラム３２の変形剛性と同等か同等以下とされている。なお、ダイアフラム３２はバネ鋼板で形成されており、薄肉壁４８も金属部材で形成されている。例えば、ダイアフラム３２はＳＫ５、薄肉壁４８はＳ４５Ｃである。
【００２４】
なお、上部ハウジング２４Ａと下部ハウジング２４Ｂの嵌合部には、上部ハウジング２４Ａの側面に環状溝５０が形成されており、この環状溝５０にＯリング５２が嵌め込まれている。これにより背圧室３４の密封性を確保するようにしている。
【００２５】
上記のように構成される流量制御装置１０は、次のように作動して液圧流量を制御する。ポンプ１２により発生した液圧流量は、供給通路４０及び分岐流路４２Ａ，４２Ｂを通じて内部室３０の背圧室３４及び吐出室３６に供給される。吐出室３６に供給された作動油、すなわち液体は、ダイアフラム３２の撓み変形によりダイアフラム３２と吐出通路４６を形成した弁座面４７との間の可変絞りの流通隙間が変化して、吐出通路４６へ吐出される液体を所定の液圧流量に制御する。
【００２６】
なお、吐出通路４６へ吐出された液圧流量は、図１に示す静圧流体軸受１４の静圧ポケット１６に供給される。静圧ポケット１６に供給された液体により静圧流体軸受１４の軸受面とベッド１８の表面との間に所定の厚さの液体膜が形成され、テーブルが静圧流体軸受１４により支持される。液体は液体膜を形成した後、ドレン及び排出通路（図示してない）へ排出されることを繰り返すことにより流体膜を連続して維持している。薄肉壁４８の背圧室３４と反対側の空間は、大気圧に開放されているか、空気が密閉された空間である。空気の空間よりも背圧室３４の方が圧力が高いので、薄肉壁４８は空気の空間側へ膨らんでいる。
【００２７】
上述したように、流量制御装置１０は、吐出室３６と背圧室３４とに圧力差が生じたときに、この圧力差に応じてダイアフラム３２が撓み変形する。このダイアフラム３２の撓み変形によりダイアフラム３２と弁座面４７との間の可変絞りの流通隙間が変化し、これに伴い吐出通路４６への流通開度も変化し、吐出通路４６への流量が変化する。
【００２８】
テーブルに加わる外乱負荷により液体膜に外乱力が作用し、可変絞り２２の開度が変化すると、静圧ポケット１６の圧力が急激に変動する。例えば、静圧ポケット１６の圧力が急激に低下すると、これに伴って吐出室３６側の圧力が急激に低下する。すると、吐出室３６と背圧室３４との圧力差によってダイアフラム３２は下方へ向けて急激に撓み変形しようとする。逆に、静圧ポケット１６の圧力が急激に高くなると、ダイアフラム３２は上方へ向けて急激に撓み変形しようとする。
【００２９】
上述のようにダイアフラム３２が撓み変形するときには、背圧室３４の容積はダイアフラム３２の撓み変形した分だけ容積が増加したり減少したりする。この容積の増加や減少分の液量は供給通路及び分岐流路を通じて補充されようとするが、急減に変化するときには、これらの流通路の流通抵抗により速やかに補充されることが不十分となり、従来、自励振動を生じていたと考えられる。
【００３０】
本実施形態によれば、上述のようなとき吐出室３６の一部を形成する薄肉壁４８が液圧により変形可能に形成されているため、ダイアフラム３２の撓み変形に応じて薄肉壁４８を変形させることができる。これにより背圧室３４の容積の変動を抑制することができる。例えば、ダイアフラム３２が図２で見て下方に撓み変形するときには、背圧室３４の容積は増加しようとするが、背圧室３４内の液体は非圧縮性であるため、液体の圧力により上方へ変形していた薄肉壁４８が図２で見て下方に変形させられる。これにより背圧室３４の容積変動を抑制する。逆に、ダイアフラム３２が図２で見て上方に撓み変形するときには、背圧室３４の容積は減少しようとするが、同様に非圧縮性の液体の作用により薄肉壁４８が図２で見てさらに上方に変形させられて、背圧室３４の容積変動を抑制する。本実施形態によれば、このようにして背圧室３４の容積の変動を抑制することができるため自励振動を抑制することができる。ダイアフラム３２による背圧室３４の容積変化分だけ、薄肉壁４８による背圧室３４の容積変化がなされれば背圧室３４の圧力変動がなく、自励振動を防止できる。ダイアフラム３２による背圧室３４の容積変化に対し、薄肉壁４８による背圧室３４の容積変化が少し不十分な場合でも、背圧室３４の圧力変動を抑え、自励振動を抑制できる。
【００３１】
特に、上記の実施形態においては、ダイアフラム３２の撓み変形により背圧室３４の容積が変動しようとする際、薄肉壁４８の変形剛性がダイアフラム３２の変形剛性と同等か同等以下とされているので、ダイアフラム３２の撓み変形に応じて薄肉壁４８の変形が容易に行われる。このため、背圧室３４の容積変動の防止ないし抑制を確実に行うことができる。
【００３２】
また、上記の実施形態において、背圧室３４へ液体を供給する分岐流路４２Ａに固定絞りを設けた場合には、ダイアフラム３２の撓み変形時における背圧室３４内の液体の供給通路４０への逆流を阻止することができるため、背圧室３４内の液体による容積変動を防止ないし抑制することができる。
【００３３】
以上、本発明を特定の実施形態について説明したが、本発明はその他各種の形態でも実施可能なものである。
【００３４】
例えば、上述した実施形態では、直線移動するテーブルとベッド１８の間に静圧流体軸受１４を設けたが、回転するテーブルとベッド１８の間に静圧流体軸受１４を設けたものであっても良い。この場合、ベッド１８に静圧ポケットと流量制御装置１０を設ける。
【００３５】
例えば、上述した実施形態では、直線移動するテーブルとベッド１８の間に静圧流体軸受１４を設けた場合であったが、断面円形の回転する砥石軸と砥石頭本体の間に静圧流体軸受１４を設けたものであっても良い。この場合、砥石頭本体に静圧ポケットと流量制御装置１０を設ける。
【００３６】
また、上述した実施形態では、薄肉壁４８は背圧室３４を形成する上部ハウジング２４Ａの一部に形成した場合であったが、全部に形成する構成であってもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１０    流量制御装置
１２    ポンプ
１４    静圧流体軸受
１６    静圧ポケット
１８    ベッド
２０    静圧流体軸受装置
２２    可変絞り
２４    ハウジング
２４Ａ  上部ハウジング
２４Ｂ  下部ハウジング
２６    ボルト
２８    ボルト孔
３０    内部室
３２    ダイアフラム
３４    背圧室
３６    吐出室
３８    段付き形状部
４０    供給通路
４２Ａ，４２Ｂ  分岐流路
４４    固定絞り
４６    吐出通路
４７    弁座面
４８    薄肉壁
５０    環状溝
５２    Ｏリング
【図１】
2017003004.tif 000003
【図２】
2017003004.tif 000004