JPH07280125A - 流体圧駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 最大駆動能力の発揮に支障をきたすことな
く、振動騒音の発生を防止する。 【構成】 弁筐体２１内に軸方向に変位可能に設けられ
円板状絞り流路２２４を形成する円板弁体２２と、この
円板弁体２２に形成された流体流路を切り換えて円板弁
体２２を追従させるように圧縮ばね２８を介して軸方向
に変位可能に設けられたスプール２３と、このスプール
２３に当接させた可動鉄心２５を軸方向に駆動する電磁
石２４とからなり、流体の所要流量が多いときは円板状
絞り流路２２４を広くし流体の所要流量が少ないときは
円板状絞り流路２２４を狭くするように制御電流を電磁
石２４に送る制御系統３０を接続した円板型絞り弁２０
を、管制弁５０の戻り流体流路に設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、船舶の舵駆動装置等
に適用される流体圧駆動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３は従来の船舶の電気油圧式舵駆動装
置を示す図である。この装置の主な構成要素は、操舵信
号発生部１０と、電気油圧サーボ弁である管制弁５０
と、管制弁５０からの作動油圧によりピストン７２を移
動させるシリンダ７０と、ピストン７２の移動により駆
動される舵部８０と、管制弁５０から出る戻り油の流量
を制御する流量調整弁６０とからなる。

【０００３】図３において、操舵信号発生部１０のジョ
イスチックスタンド１９を操作すると、発信器１６から
の信号が入力変換器１１に入り、指令信号Ｖｃが出力さ
れる。加算器１３では、検出器８９で検出されフィード
バック変換器１２を経てきたフィードバック信号Ｖｆと
指令信号Ｖｃとを比較して偏差信号Ｖｄを算出して制限
器１４に入力する。制限器１４では偏差信号Ｖｄが大き
すぎるときには最大限におさえて増幅器１５に入力す
る。増幅器１５では制限器１４からの入力電圧に相応し
た電流を生成して管制弁５０のフォースモータコイル５
４に流す。

【０００４】図３において、操舵信号発生部１０からの
管制電流が管制弁５０のフォースモータコイル５４に流
れると、その電流に相応する電磁力が発生して可動円板
５５を電流の方向によって左右いずれかの方向に吸引す
る。管制弁５０の弁筐体５１内には主弁筒５７の軸心線
部に設けられた主弁５２と可動円板５５の軸が、３個の
圧縮ばね５６６，５６７及び５６８の反発力により平衡
保持されている。補助弁５３は可動円板５５の軸に結合
されており軸方向に可動円板５５と一体に変位する。補
助弁５３は中央と両端に大径部が形成され、平衡時には
弁筐体５１に孔設された油流路を閉塞している。補助弁
５３が変位すると、供給口５１１から分岐して減圧弁５
８を経て補助弁５３の中央ポートに入った圧油は、補助
弁５３の変位にともなって右又は左のポートを通って主
弁５２の右端又は左端の圧力室に油圧をかける。例え
ば、フォースモータコイル５４により可動円板５５が右
方へ吸引されると、圧縮ばね５６７を圧縮して補助弁５
３も右へ変位し、油圧は主弁５２の右端圧力室にかかり
主弁５２を左方へ押す。主弁５２が圧縮ばね５６８を圧
縮して左方へ変位すると、圧縮ばね５６６が延び、圧縮
ばね５６７の反発力で補助弁５３及び可動円板５５が押
し戻され、これらのばね力がフォースモータコイル５４
の吸引力と平衡する位置になる。このように主弁５２が
左方へ変位すれば、供給口５１１から入った圧油は負荷
口５１２へ連通し、負荷口５１３は戻り油口５１４に連
通する。

【０００５】図３において、管制弁５０の負荷口５１２
からの圧油は、シリンダ７０の左室の油出入口７４に入
りピストン７２を右方へ推進する。ピストン７２の右室
内の油は油出入口７５から出て管制弁５０の負荷口５１
３から戻り油口５１４へ排出される。ピストン７２が右
方へ動けば、ロッド７３，リンク８２，アーム８１を介
して舵８８が右へ駆動される。舵角は検出器８９により
検出されてフィードバック変換器１２に送られ、加算器
１３で偏差信号Ｖｄが算出され、偏差信号Ｖｄが零にな
ると管制弁５０は中立位置になり、シリンダ７０による
舵の駆動は停止する。

【０００６】図３において、管制弁５０の戻り油口５１
４から出た油は、流量調整弁６０の流入口６１１に入
り、上流部６２１から円錐流路６２２と制御流路６２８
とに分流する。円錐流路６２２を流れた油は絞り６５，
絞り前室６７３，オリフィス６７及び絞り後室６７４を
流れて流出口６１２から出て図示しない戻り油容器に戻
る。制御流路６２８に入った油は絞り６６，制御室６２
９，絞り６５を流れて絞り後室６７４で合流する。オリ
フィス６７は適当な絞りに調節設定される。油流量が少
ない時は、絞り前室６７３と絞り後室６７４との油圧の
差が小さく、ピストン６３を右方へ押す油の力は小さい
ので、ばね６４に押されてピストン６３は左方へ寄り、
円錐流路６２２の隙間は大きい。流量が多くなると絞り
後室６７４の圧力に比べて絞り前室６７３の圧力が高く
なるので、ピストン６３が右方へ押され、円錐流路６２
２の隙間が小さくなり流量が抑制される。したがって、
差圧の大小に拘らずオリフィス６７で設定されたほぼ一
定の流量となる。なお、円錐型流量調整弁については、
特公昭４７−３５４９５号公報及び実公昭５０−１７０
８３号公報に記載されている。また、後述するこの発明
の解決手段として用いる円板型絞り流路の原形となるも
のは、実公昭６１−４３００８号公報及び実公昭６１−
２１６４８号公報に記載されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の流体圧駆動装置
は上記のようであるが、船舶の舵駆動装置のように最も
苛酷な状態でもシステムの作動を継続させる必要がある
ものでは、油圧源はかなり高圧大流量のものが設けられ
ている。しかし、通常の操舵時には油圧源の容量に比べ
て非常に小さいトルクで運転されるので、これに適合す
るように流量調整弁６０のオリフィス６７を設定すれば
振動騒音の小さい流体圧駆動装置が得られる。しかし、
大トルクで迅速に操舵しなければならない場合に、オリ
フィス６７で制限されて大流量が得られず、油圧源の能
力はあるにも拘らず、大トルクで迅速に操舵することが
できないというような課題があった。

【０００８】この発明は上記課題を解消するためになさ
れたもので、振動騒音の発生が防止され、かつ、最大能
力の発揮に支障をきたさない流体圧駆動装置を得ること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る流体圧駆
動装置は、弁筐体内に軸方向に変位可能に設けられ前記
弁筐体内面との間に円板状絞り流路を形成する円板面が
端面に形成された円板弁体と、この円板弁体内に形成さ
れた流体流路を切り換えて前記円板弁体を追従させるよ
うに圧縮ばねを介して軸方向に変位可能に設けられたス
プールと、このスプールに当接させた可動鉄心を軸方向
に駆動する電磁石とからなり、流体の所要流量が多いと
きは前記円板状絞り流路を広くし流体の所要流量が少な
いときは前記円板状絞り流路を狭くするように制御電流
を前記電磁石に送る制御系統を接続した円板型絞り弁
を、管制弁の戻り流体流路に設けたものである。

【００１０】

【作用】この発明における流体圧駆動装置の円板型絞り
弁は、流体の所要流量が多いときは、制御電流によって
電磁石がスプール及び圧縮ばねを介して円板弁体を駆動
して円板状絞り流路が広くなり、大流量の流体の流れを
阻害しない。また、流体の所要流量が少ないときは、制
御電流によって電磁石がスプール及び圧縮ばねを介して
円板弁体を駆動して円板状絞り流路が狭くなり、少流量
の流体の流れに対して狭い円板状絞り流路が減圧し、管
制弁における急激な減圧を緩和して振動騒音の発生を防
止する。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１はこの発明の一実施例による円板型絞り弁及
びその制御系統を示し、図２はこの発明の一実施例によ
る船舶の舵駆動装置を示す。図１において、２０は円板
型絞り弁であり、短シリンダ状の弁筐体２１内に円板弁
体２２が軸方向に変位可能に設けられている。円板弁体
２２の左端面は、図１（Ｂ）に示すように、円形平面に
形成され、放射方向に低い凸条２２ｒが形成されてお
り、弁筐体２１の左内端面との間に円板状絞り流路２２
４が形成されるようになっている。弁筐体２１の左端面
中心部に流入口２１１があけられ、弁筐体２１の図の下
部に流出口２１２があけられている。円板弁体２２内に
はスプール２３が軸方向に変位可能に設けられ、スプー
ル２３の左端と円板弁体２２の内端面との間に圧縮ばね
２８が介装されている。弁筐体２１の右端面外側には、
シール材を介して電磁石２４が図示しない取付ボルトな
どにより着設されている。電磁石２４内の外周部にはコ
イル２６が設けられ、中心線部には可動鉄心２５がスラ
イド軸受２７１及び２７２に支持されて軸方向に変位可
能に設けられている。圧縮ばね２８で右方へ押されてス
プール２３の右端面が可動鉄心２５の左端面に当接する
ように設けられている。

【００１２】図１において、スプール２３の中央部には
小径部２３ｓが削成されている。供給ライン２２１は、
一方は円板弁体２２の左端面の中心部近くに開口し他方
は小径部２３ｓの左端部に開口するように孔設されてい
る。負荷ライン２２２は、一方は小径部２３ｓの中央部
に開口し他方は円板弁体２２の右端面に開口するように
孔設されている。戻りライン２２３は、一方は小径部２
３ｓの右端部に開口し他方は流出口２１２の近くに開口
するように孔設されている。可動鉄心２５が変位する電
磁石２４内の空間には流出口２１２に連通させるように
ドレンライン２１６が孔設されている。

【００１３】図１において、３０はコイル２６に制御電
流を供給する制御系統であり、加算器３２，逆比例変換
器３３及び増幅器３４からなる。加算器３２は、図３に
示す入力変換器１１から出力される指令信号Ｖｃからフ
ィードバック変換器１２の出力であるフィードバック信
号Ｖｆを減算して偏差信号Ｖｄを算出する。逆比例変換
器３３は加算器３２から偏差信号Ｖｄを入力して、偏差
信号Ｖｄに逆比例する逆比例信号Ｖｒを出力する。増幅
器３４は逆比例変換器３３から逆比例信号Ｖｒを入力し
て、逆比例信号Ｖｒに相応する電流を発生させて円板型
絞り弁２０のコイル２６に供給する。

【００１４】図２（Ａ）において、１０は操舵信号発生
部であり、図３に示すような操舵角度を指令するジョイ
スチックスタンド１９，発信器，入力変換器，フィード
バック変換器，加算器，制限器，増幅器等からなり、管
制弁５０に管制電流を供給する。管制弁５０は操舵信号
発生部１０からの管制電流により油圧の流路を切り換
え、流量も制御してシリンダ７０の一方に送り他方から
戻させる。９０は油圧源部であり、油圧ポンプ９１，戻
り油タンク９９等からなる。シリンダ７０のピストンロ
ッドは舵部８０の舵８８にリンク機構により連結されて
いる。管制弁５０の戻り油流路は円板型絞り弁２０を経
て戻り油タンク９９に戻っている。３０は図１について
説明した円板型絞り弁２０を制御する制御系統である。

【００１５】次に、この実施例の動作について説明す
る。図２において、操縦者が操舵信号発生部１０のジョ
イスチックスタンド１９を動かして舵角を指令すると、
図３に示すように、発信器１６から入力変換器１１を経
て指令信号Ｖｃとして加算器１３に入る。また、舵部８
０から検出器８９で検出したその時点における実際の舵
角度がフィードバック変換器１２を経てフィードバック
信号Ｖｆとして加算器１３に入る。加算器１３で、指令
信号Ｖｃからフィードバック信号Ｖｆを減算して偏差信
号Ｖｄを算出し、偏差信号Ｖｄを制限器１４に送る。制
限器１４では偏差信号Ｖｄが大きすぎるときは制限をか
けて増幅器１５に送る。増幅器１５はこの偏差信号Ｖｄ
に相応する電流を生成して管制弁５０のフォースモータ
コイル５４に送る。

【００１６】図２の管制弁５０においては、偏差信号Ｖ
ｄに相応する電流の方向及び大きさによって、図３に示
すように、フォースモータコイル５４に生じる電磁力に
より可動円板５５が変位し、それにともなって前述のよ
うに主弁５２が変位し、例えば、図２に示すように、油
圧源部９０から送られる圧油をシリンダ７０の左室に送
り、シリンダ７０の右室の流路は戻り流路に接続する。
シリンダ７０のピストンは右へ移動し舵８８は右へ回動
する。偏差信号Ｖｄに相応する電流の方向が反対になれ
ば、図２の管制弁５０は右方へ移動し、圧油はシリンダ
７０の右室に送り、シリンダ７０の左室の流路は戻り流
路に接続される。シリンダ７０のピストンは左へ移動し
舵８８は左へ回動する。実際の舵角を示すフィードバッ
ク信号Ｖｆが指令信号Ｖｃに等しくなり偏差信号Ｖｄが
零になると、管制弁５０は中立状態になり、シリンダ７
０は停止し、舵８８はその角度を維持する。

【００１７】図２又は図３に示す舵駆動装置において、
若し、管制弁５０の戻り油口５１４から戻り油流路を直
接戻り油タンク９９に導設すると、通常の操舵時におい
ては、供給される油圧に比べてシリンダ７０において消
費される油圧は非常に小さいので、この油圧系統内にお
ける油圧ポンプ９１から供給される高い圧力から、戻り
油タンク９９に戻るときの圧力零まで減圧される油圧落
差の大部分は、管制弁５０の主弁５２で開閉される各ポ
−トの縁部と主弁５２の肩部との狭い隙間から噴出する
ことによって消費されることになり、この部分で急激な
流れの変化が生じてキャビテーション等が生じ、振動騒
音が発生する。

【００１８】そこで、従来、図３に示すように、管制弁
５０の戻り油口５１４と戻り油タンクとの間に流量調整
弁６０を設けて、流量調整弁６０により油圧落差の一部
を受け持たせることにより、前記管制弁５０のポ−トの
縁部と主弁５２の肩部との間における急激な減圧を緩和
していた。しかし、流量調整弁６０は油圧が変化して
も、流量はオリフィス６７で設定された流量に維持する
ので、最大トルクで迅速に舵を動作させなけばならない
とき、油圧ポンプ９１の能力は十分あるにも拘らず、流
量調整弁６０に制限されて迅速に舵を動作させることが
できないという課題があった。

【００１９】この発明による流体圧駆動装置において
は、図１に示すような円板型絞り弁２０を、図２（Ａ）
に示すように、管制弁５０の戻り油口５１４と戻り油タ
ンク９９との間に設けることにより、上記課題を解決し
たものであり、以下その動作について説明する。図２
（Ａ）において、操舵信号発生部１０からの偏差信号Ｖ
ｄによる管制電流により管制弁５０が何れかへ変位し、
油圧ポンプ９１からの圧油が管制弁５０によりシリンダ
７０の右又は左の室に入り、シリンダ７０の左または右
の室から管制弁５０を通って戻り油口５１４から円板型
絞り弁２０の図１の流入口２１１から入る。図１におい
て、流入口２１１から入った油は円板状絞り流路２２４
を流れて流出口２１２から出て戻り油タンク９９に戻
る。

【００２０】図１において、制御系統３０では加算器３
２が指令信号Ｖｃにフィードバック信号Ｖｆを減算して
偏差信号Ｖｄを算出して逆比例変換器３３に送る。逆比
例変換器３３では偏差信号Ｖｄが大なら小、小なら大と
いうように偏差信号Ｖｄに逆比例する演算をして逆比例
信号Ｖｒを増幅器３４に出力する。増幅器３４では逆比
例信号Ｖｒに相応する電流を生成して円板型絞り弁２０
のコイル２６に送る。コイル２６に通電がない時は圧縮
ばね２８に押されてスプール２３と共に可動鉄心２５も
右端の位置にある。その時、円板弁体２２は圧縮ばね２
８に押されて左へ移動しようとするが、円板弁体２２が
左に変位すると小径部２３ｓで負荷ライン２２２と戻り
ライン２２３が通になり、背圧部２２５が流出口２１２
に連通して圧力がほぼ零になり、流入口２１１から入る
油圧に押されて円板弁体２２は右へ押し戻される。この
ように、コイル２６に通電がないとき又は電流が小さい
ときは、流入口２１１から入る油の圧力に押されて円板
状絞り流路２２４は比較的広い隙間となることができて
大流量を流すことができる。コイル２６への電流が小さ
いということは、偏差信号Ｖｄが大きいということで、
管制弁５０の変位量が大きく、システムの所要流量が大
きいということであり、円板型絞り弁２０はこの要求に
適合する。

【００２１】上記と逆に、図１において、偏差信号Ｖｄ
が小さくシステムを流れる油の所要流量が少ないとき
は、逆比例信号Ｖｒが大きく、コイル２６に大電流が流
れ、可動鉄心２５は左へスプール２３を押し圧縮ばね２
８を圧縮して移動する。スプール２３が左へ変位する
と、戻りライン２２３はスプール２３の大径部で閉鎖さ
れ、供給ライン２２１が小径部２３ｓにより負荷ライン
２２２と連通し、流入口２１１に近い油圧が背圧部２２
５に入り、この背圧と圧縮ばね２８の力により円板弁体
２２は左へ変位する。円板弁体２２が左へ変位すると円
板状絞り流路２２４は狭くなり、流体の通過抵抗が大き
くなり、この円板状絞り流路２２４で減圧され、管制弁
５０の主弁５２の肩部での急激な減圧が緩和される。な
お、円板弁体２２の端面に形成された凸条２２ｒは、円
板弁体２２が弁筐体２１の左内端面に当接したときでも
最少限の円板状絞り流路２２４を確保するものである。

【００２２】なお、図１において、円板弁体２２の位置
は、スプール２３の位置、すなわち可動鉄心２５の位
置、すなわちコイル２６に流される電流の大きさによっ
て決まるが、スプール２３との間には圧縮ばね２８が介
在するので、流入口２１１から入ってくる油の圧力が高
いと、その圧力に押されて円板弁体２２は若干右へ変位
して円板状絞り流路２２４が広くなり、流れやすくな
り、円板型絞り弁２０に入ってくる油の高い圧力を下げ
る傾向となる。また、流入口２１１から入ってくる油の
圧力が低いと、圧縮ばね２８に押されて円板弁体２２は
若干左へ変位して円板状絞り流路２２４が狭くなり、流
れ難くなり、円板型絞り弁２０に入ってくる油の低い圧
力を上げる傾向となる。結局、円板状絞り流路２２４で
適当な程度の減圧をすることになり、管制弁５０の主弁
５２の肩部での急激な減圧が緩和されて振動騒音が低減
されると共に、システムの最大流量の発揮が確保され
る。

【００２３】なお、図２（Ｂ）に示すように、円板型絞
り弁２０と並列に流量調整弁６０を設けることもでき、
大流量時には主に円板型絞り弁２０が機能し、少流量時
には主に流量調整弁６０が機能するように設定してもよ
い。また、前記実施例では駆動手段としてシリンダ７０
を示したが、油圧モータのような回転型駆動手段等でも
よいことは勿論である。なお、円板型絞り弁２０の円板
状絞り流路２２４は円板状であるが、これに傾斜をつけ
て円錐状とすることもできる。

【００２４】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、管制
弁の下流に設けた円板型絞り弁の円板状絞り流路が流量
の大小により広狭に変化するので、この箇所での減圧に
より管制弁の主弁の肩部における急激な減圧が避けら
れ、キャビテーション，振動，騒音の発生が防止され
る。また、大流量時には円板状絞り流路が広くなって、
システムの最大能力の発揮に支障を及ぼさない流体圧駆
動装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による流体圧駆動装置の円
板型絞り弁及び制御系統を示し、（Ａ）は円板型絞り弁
の縦断面図及び制御系統の系統図、（Ｂ）は円板弁体の
正面図である。

【図２】この発明による流体圧駆動装置を示し、（Ａ）
は第１実施例の系統図、（Ｂ）は第２実施例の系統図で
ある。

【図３】従来の流体圧駆動装置の系統及び縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１０：操舵信号発生部、２０：円板型絞り弁、 ２１：
弁筐体、２１１：流入口、 ２１２：流出口、２２：円
板弁体、 ２２ｒ：凸条、２２１：供給ライン、 ２２
２：負荷ライン、２２３：戻りライン、 ２２４：円板
状絞り流路、２３：スプール、 ２３ｓ：小径部、２
４：電磁石、 ２５：可動鉄心、２６：コイル、 ２
８：圧縮ばね、３０：制御系統、 ３２：加算器、３
３：逆比例変換器、 ３４：増幅器、５０：管制弁、
６０：流量調整弁、７０：シリンダ、 ７２：ピスト
ン、８０：舵部、 ８８：舵、 ８９：検出器、９１：
油圧ポンプ、 ９９：戻り油タンク、Ｖｃ：指令信号、
Ｖｆ：フィードバック信号、Ｖｄ：偏差信号、 Ｖ
ｒ：逆比例信号。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 昭夫 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 野坂 寛 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目８番19号 高菱エンジニアリング株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高圧流体の流路と戻り流体の流路とを管
   制弁により切り換えて駆動手段に接続して対象物を駆動
   する流体圧駆動装置において、弁筐体内に軸方向に変位
   可能に設けられ前記弁筐体内面との間に円板状絞り流路
   を形成する円板面が端面に形成された円板弁体と、この
   円板弁体内に形成された流体流路を切り換えて前記円板
   弁体を追従させるように圧縮ばねを介して軸方向に変位
   可能に設けられたスプールと、このスプールに当接させ
   た可動鉄心を軸方向に駆動する電磁石とからなり、流体
   の所要流量が多いときは前記円板状絞り流路を広くし流
   体の所要流量が少ないときは前記円板状絞り流路を狭く
   するように制御電流を前記電磁石に送る制御系統を接続
   した円板型絞り弁を、前記管制弁の戻り流体流路に設け
   たことを特徴とする流体圧駆動装置。