JPH025921B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は流体圧サーボ装置に係る。

従来の技術 流体圧サーボ装置は、通常ばねにより互いに連
結された弁とピストンとを有し、弁が入力信号に
よつてその開閉方向に偏倚されることにより、弁
を通る流体流が変化し、この流体流の変化によつ
てピストンの一方の側に作用する流体圧の大きさ
或いはピストンの両側に作用する流体圧の差圧の
大きさが変化し、それに伴つてピストンが偏倚
し、このピストンの偏倚がばねを介して弁の偏倚
を打消す方向にフイードバツクされ、かくして入
力信号に対応するピストン位置にピストンが安定
して保持される平衡状態が達成されるようになつ
ている。

発明が解決しようとする問題点 理想的な全く摩擦のない流体圧サーボ装置に於
ては、弁が僅かに開閉方向に偏倚すれば直ちにピ
ストンはそれに応答した運動を開始し、その偏倚
は直ちに弁にフイードバツクされる筈である。し
かし実際の流体圧サーボ装置に於ては摩擦が存在
するので、ピストンが移動を開始するには、ピス
トンが、摩擦、特に比較的大きい静止摩擦、に打
勝つ力を発生するに十分なほど弁が開閉方向に偏
倚する必要がある。静止摩擦に打勝つてピストン
を移動させるためには、ピストンに所定の偏倚を
与える流体圧或いは流体圧差の値より大きい流体
圧或いは流体圧差が一時的に与えられるのが好ま
しく、即ちピストンの駆動に際して所謂オーバシ
ユートが行われるのが好ましい。ピストンにかか
るオーバシユート力を与えることは、弁が一つの
平衡位置より入力信号に応じて開方向或いは閉方
向へ駆動されるとき、弁の偏倚が一時的に過剰に
行われることによつて達成でき、そのためには弁
が一つの平衡位置より開方向或いは閉方向へ偏倚
するとき、その偏倚の増大に伴つて弁にその偏倚
を更に増大させる方向の力が作用するようになつ
ているとよい。このように弁が開閉方向へ偏倚す
るときそれにその移動を助長する方向の力が作用
する場合を、ここでは弁がネガテイブレートの特
性を有するものとする。

尚、流体圧サーボ装置が安定して作動するため
には、弁がその中立位置より開閉方向へより大き
く偏倚するとき、弁にはその偏倚の増大に伴つて
弁をその中立位置へ引戻そうとするより大きな力
が作用するようになつていなければならない。こ
のように弁がその中立位置より偏倚するとき、そ
の偏倚の増大に応じて増大する力が弁を中立位置
へ押し戻す方向に作用するようになつていると
き、弁はポジテイブレートの特性を有していると
する。この特性は通常戻しばねによつて与えられ
る。

流体圧サーボ装置に於てピストンをそれに作用
する摩擦に打勝つて移動させるべくピストンにオ
ーバシユート力を与えるための一つの構成が、本
件出願人と同一人に譲渡された米国特許第
3757639号に記載されている。この米国特許に於
ては、ポジテイブレートのフラツパ弁により設定
される流体圧を該フラツパ弁に対し反対方向から
力を及ぼすベローズへ導き、該ベローズによつて
フラツパ弁に対しその作動をネガテイブレートと
するように力を及ぼす構成が用いられている。

問題を解決するための手段 本発明は、上記の米国特許に於ける如くベロー
ズを用いることなく、弁にネガテイブレート特性
を組込むことにより、ピストンの偏倚の開始に当
つてそれに及ぼす流体圧の変化にオーバシユート
効果を与えるよう構成された流体圧サーボ装置を
提供することを目的としている。

かかる目的は、本発明によれば、流体圧に応じ
て移動するピストンと、前記ピストンにばねを介
して連結され前記ピストンより偏倚力を及ぼされ
つつ前記ピストンの位置を制御すべく一つの流体
圧源より供給された圧力流体が前記ピストンに与
える流体圧を調節する弁装置とを有し、前記弁要
素は共働する弁ポートの開度を増減するよう該弁
ポートに対し偏倚することにより前記ピストンに
作用する流体圧を変化させ、この流体圧の変化に
よつて前記ピストンは前記弁装置の当該偏倚に抗
する方向に移動するようになつている流体圧サー
ボ装置にして、前記弁要素は前記弁ポートより上
流側にあり前記経ポートへ流れ込む流体流により
前記弁ポートへ向けて吸込まれる力を及ぼされる
流体流感応型の弁要素であり、前記弁要素にはそ
れと一体となつて動く補助弁要素が連結されてお
り、前記補助弁要素は前記弁要素が前記弁ポート
に対しそれに近付く方向又はそれより遠去かる方
向へ偏倚することに対応して前記流体源からの圧
力流体を供給される補助弁ポートに対しそれに近
付く方向又はそれより遠去かる方向へ偏倚するよ
うになつており、前記補助弁要素は前記補助弁ポ
ートより下流側にあり前記補助弁ポートより流れ
出る流体流により前記補助弁ポートより遠去かる
方向へ力を及ぼされる流体流感応型弁要素である
ことを特徴とする流体圧サーボ装置によつて達成
される。

実施例 以下に添付の図を参照して本発明をその好まし
い実施例について詳細に説明する。

第１図は本発明による流体圧サーボ装置の一つ
の実施例を示す縦断面図である。図に於て１０に
て全体的に示された流体圧サーボ装置は入力信号
となる流体圧を供給される入力流体圧通路１４を
有し、ここに供給された入力流体圧の大きさに応
答してピストン１２が偏倚されるようになつてい
る。ピストン１２を駆動するための駆動流体圧は
図には示されていない流体圧源より駆動流体圧通
路１６を経て供給され、ピストン１２の一方の側
に設けられたピストン室１７へ供給されるように
なつている。ピストン１２はピストン室１７に対
して受圧面１８を呈しており、またこれと反対の
側に形成されたピストン室１９に対して他方の受
圧面２０を呈している。図示の実施例に於ては受
圧面１８の大きさは受圧面２０の大きさの二分の
一である。ピストン室１７へ供給された流体はオ
リフイス２２を含む通路３０を経てピストン室１
９へ導入されており、オリフイス２２に於て生ず
る圧力降下により、ピストン１２は上記の如き受
圧面１８と２０の大小関係にも拘らず図示の如き
中立位置に安定して停つている。オリフイス２２
の下流側より駆動流体圧は通路２４を経てフラツ
パ弁２６へ供給される。フラツパ弁２６はその弁
ポート３１を閉じる弁要素２９が通路２４よりフ
ラツパ弁２６を通つて流れる流体の流れ方向に沿
つて見て弁ポートよりも上流側に位置する弁であ
り、弁要素２９は弁ポート３１へ流れ込む流体流
により弁ポート３１へ吸込まれる方向へ付勢され
ており、弁要素２９が弁ポート３１より遠去か
り、弁をより大きく開こうとすると弁ポートへ向
けて吸込まれる力はより小さくなつて弁は一層大
きく開かれようとするので、かかる弁はネガテイ
ブレートの特性を有するものである。尚図示の如
くフラツパ弁２６には弁要素２９を弁ポート３１
へ向けて可撓的に押しやる圧縮コイルばね２７が
組込まれており、このばねは弁要素２９が弁ポー
ト３１より遠去かろうとする程、弁要素２９に対
しこれを弁ポート３１へ押し戻そうとするより大
きな力を及ぼす。

ピストン室１７からはオリフイス２２より上流
側にある位置よりオリフイス３２を含む通路３３
が駆動流体をフラツパ弁３４へ向けて導くように
設けられている。フラツパ弁３４はフラツパ弁２
６に対しポジテイブレート特性の力を及ぼすため
の補助弁装置であり、その弁要素３５がその弁ポ
ート３７より下流側にある弁であり、弁要素３５
は弁ポート３７を通つて吹出される流体流により
弁ポート３７より離れる方向、即ち弁を開く方向
へ付勢されており、またＬ字形のアーム２８を介
してフラツパ弁２６の弁要素２９を弁ポート３１
より遠去かる方向へ駆動している。弁要素３５が
弁ポート３７より吹出される流体流により与えら
れるフラツパ弁２６を弁開方向に駆動する力は弁
の開度が大きくなる程小さくなるので、フラツパ
弁３４はフラツパ弁２６に対しポジテイブレート
の特性を付加する作用を行う。フラツパ弁３４の
弁要素３５は枢軸４０の周りに枢動可能に支持さ
れたＬ字形のアーム２８により担持されている
（図示の実施例に於てはその一部として一体的に
構成されている）。フラツパ弁２６の弁要素２９
は図示の如き調整可能なねじ要素を経てアーム２
８により担持されている。

アーム２８には枢軸４１によりレバー４２が枢
着されており、アーム２８に対するレバー４２の
第１図で見て時計方向の回動はレバー４２にねじ
込み式に取付けられた調整ねじ４３の先端がアー
ム２８の端部（図示の実施例に於てはフラツパ弁
３４の弁要素３５を与える部分）に当接すること
により制限されるようになつている。レバー４２
の下端にはばね３６の一端が取付けられており、
該ばねの他端はピストン１２の端部に取付けられ
ている。

弁要素２９により制御される弁ポート３１の開
度が増大すると、オリフイス２２を通る流体流が
増大し、オリフイス２２に於ける圧力降下が増大
するので、ピストン１２を図にて左方へ付勢する
力は増大し、これによつてピストン１２が図にて
左方へ偏倚すると、この偏倚はばね３６を介して
アーム２８に第１図で見て時計方向のトルクを及
ぼし、弁要素２９を閉弁方向へ引戻すフイードバ
ツク作用を行い、かくして弁要素２９の弁開方向
への偏倚に対応して新しいピストン位置が定ま
る。

Ｌ字形アーム２８の第１図で見て右方へ延びる
腕部の端部にはヘツド付きのボツト４４がねじ込
み式に取付けられており、そのヘツド部は入力部
材４５の孔４６内に幾分かの遊びを伴つて受入れ
られている。入力部材４５はベローズ３８とベロ
ーズ４７の間に支持されている。ベローズ３８は
その周りに通路１４より導入された入力流体圧が
及ぼされるようになつており、この入力流体圧の
変化に応じて図にて上下方向に伸縮し、その伸縮
偏倚がボルト４４を経てアーム２８に伝えられ、
アーム２８を枢軸４０の周りに回動させるように
なつている。これが弁要素２９に与えられる制御
入力偏倚となる。

上記の如き構成を有する流体圧サーボ装置が所
定の中立状態にある時には、入力流体圧通路１４
を経て供給されている或る標準の流体圧によりベ
ローズ３８に及ぼされる力、その力とベローズ３
８及び４７の弾性力の釣合いによる力とが複合さ
れボルト４４を経てアーム２８に及ぼされる力、
フラツパ弁２６に組込まれた圧縮コイルばね２７
より弁要素２９を経てアーム２８に及ぼされる
力、駆動流体圧通路１６を経て供給される流体圧
によつてピストン１２の受圧面１８及び２０に及
ぼされる力の釣合いによつてピストン１２に及ぼ
される力がばね３６、レバー４２、ねじ４３を経
てアーム２８に及ぼす力、通路２４を経てフラツ
パ弁２６へ供給されつつある流体流が弁要素２９
に及ぼす力が該弁要素を経てアーム２８に及ぼす
力、及び通路３３を経てフラツパ弁３４に供給さ
れつつある流体流が弁要素３５を経てアーム２８
に及ぼす力は全体として釣合つた状態にあり、ア
ーム２８はそれに対応した中立位置に静止してい
る。この状態を第２図のグラフに於てＯ点とす
る。

第２図に於て横軸はＯ点より右側をアーム２８
がその枢軸４０の周りに第１図で見て時計方向に
回動する角度を表わすものとし、縦軸はアーム２
８に作用するモーメントを表わし、その正の値は
アーム２８を枢軸４０の周りに反時計方向に回動
させようとするモーメントとし、負の値はその逆
にアーム２８を時計方向に回動させようとするモ
ーメントを表わすものとする。

ネガテイブレートの特性を有するフラツパ弁２
６に於ては、その弁要素２９がその中立位置に於
てその弁ポート３１より離れた或る位置に設定さ
れているものとすると、それより弁要素が弁ポー
トへ近付く方向に偏倚すると、弁要素の周りを回
つて弁ポートへ流れる流体流によつて弁要素が弁
ポートへ向かう方向に及ぼされる力は更に増大す
る。この力によつてアーム２８が受けるモーメン
トは時計方向であるから負の値である。逆にその
中立位置より弁要素が弁ポートより離れる方向へ
偏倚すると、それまで弁要素に作用していた流体
流によるポートへ向かう方向の力は減小する。か
かる流体流により弁要素２９に及ぼされる力を第
２図のグラフに表わすと、その特性は線２６にて
表わされている如くなる。この特性曲線の要部を
なす中心部が負の傾斜を有していることが上述の
ネガテイブレートに表現の所以である。弁要素２
９が弁ポート３１を殆んど閉じてしまう程に弁ポ
ートに近付くと、流体流は小さくなるので、弁要
素２９に作用する流体流による偏倚力はそれ以上
増大しない。また弁要素２９が弁ポート３１より
大きく離れると、弁ポート近くの流体流速に比し
て流体流速が大きく低下するので弁要素２９が受
ける流体流による力はそれ以上減小しない。

一方、フラツパ弁３４について見ると、この弁
に於ては弁要素３５はその弁ポート３７を流れる
流体流により弁ポートより離れる方向の力を及ぼ
されており、この流体流により弁要素３５に及ぼ
される力の特性を第２図に表わすと、それは線３
４の如くなる。この流体流によつてアーム２８は
反時計方向のモーメントを受け、アーム２８が時
計方向へ回動して弁要素３５が弁ポート３７へ近
付くと上記のモーメントは大きくなる。その傾斜
が正であることがポジテイブレートの表現の所以
である。フラツパ弁３４に於ては、弁ポート３７
はノズル状に形成されており、弁ポート３７より
噴出される流体流により弁要素３５が受ける力は
吸込みの場合と異なり比較的広い範囲に亙つて線
型的に変化する。

従つてアーム２８がその中立位置を含むその近
傍に於て二つのフラツパ弁によつて流体的に及ぼ
される力の合計は、第２図に於て２８に示されて
いる如き特性のものとなる。

この線２８の経過より理解される通り、もしア
ームの中立位置の近傍の帯域５０に於て弁要素２
９に作用する弁ポート３１を通る流体流による力
の変化率と弁要素３５に作用する弁ポート３７を
通る流体流による力の変化率とが丁度正負逆であ
るように定められると、アームの回動角に対する
アームに作用するモーメントのグラフは帯域５０
の部分にてほぼ水平になるので、中立位置の近傍
の帯域５０にてはアーム２８に極く僅かのモーメ
ントを加えればアーム２８の回動角は帯域５０内
にて大きく動き得る状態にあり、入力流体圧通路
１４を経て供給される入力流体圧が変化し、ベロ
ーズ３８が伸縮すると、アーム２８はそれに極め
て軽やかに追従して偏倚することができる。従つ
てアーム２８に作用している制御入力が中立状態
より変化すると、アーム２８は帯域５０内にて何
れかの側に一先ず一杯に回動し、ピストン１２の
両側に作用する流体圧差を一旦大きく変化させ、
ピストンとシリンダとの間に於ける静止摩擦に打
勝つて速かに移動開始させ、その移動位置が一旦
オーバシユートした後フイードバツク作用により
新たな静的平衡位置に戻るような運動を行う。

以上に於ては本発明をその一つの好ましい実施
例について詳細に説明したが、本発明がかかる実
施例にのみ限られるものではなく、本発明の範囲
内にて種々の修正が可能であることは当業者にと
つて明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による流体圧サーボ装置の一つ
の実施例を示す解図的縦断面図である。第２図は
本発明の流体圧サーボ装置に於ける二つの弁の作
動特性を示すグラフである。 １０…流体圧サーボ装置、１２…ピストン、１
４…入力流体圧通路、１６…駆動流体圧通路、１
７…ピストン室、１８…受圧面、１９…ピストン
室、２０…受圧面、２２…オリフイス、２４…通
路、２６…フラツパ弁、２７…圧縮コイルばね、
２８…アーム、２９…弁要素、３０…通路、３１
…弁ポート、３２…オリフイス、３３…通路、３
４…フラツパ弁、３５…弁要素、３６…ばね、３
７…弁ポート、３８…ベローズ、４０，４１…枢
軸、４２…レバー、４３…ねじ、４４…ボルト、
４５…入力部材、４６…孔、４７…ベローズ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 流体圧に応じて移動するピストンと、前記ピ
   ストンにばねを介して連結され前記ピストンより
   偏倚力を及ぼされつつ前記ピストンの位置を制御
   するべく一つの流体圧源より供給される圧力流体
   が前記ピストンに与える流体圧を調節する弁要素
   とを有し、前記弁要素は共働する弁ポートの開度
   を増減するよう該弁ポートに対し偏倚することに
   より前記ピストンに作用する流体圧を変化させ、
   この流体圧の変化によつて前記ピストンは前記弁
   要素の当該偏倚に抗する方向に移動するようにな
   つている流体圧サーボ装置にして、前記弁要素は
   前記弁ポートより上流側にあり前記弁ポートへ流
   れ込む流体流により前記弁ポートへ向けて吸込ま
   れる力を及ぼされる流体流感応型の弁要素であ
   り、前記弁要素にはそれと一体となつて動く補助
   弁要素が連結されており、前記補助弁要素は前記
   弁要素が前記弁ポートに対しそれに近付く方向又
   はそれより遠去かる方向へ偏倚することに対応し
   て前記流体源からの圧力流体を供給される補助弁
   ポートに対しそれに近付く方向又はそれより遠去
   かる方向へ偏倚するようになつており、前記補助
   弁要素は前記補助弁ポートより下流側にあり前記
   補助弁ポートより流れ出る流体流により前記補助
   弁ポートより遠去かる方向へ力を及ぼされる流体
   流感応型弁要素であることを特徴とする流体圧サ
   ーボ装置。