JPH10141315A - 加速度感応式サーボ弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】弁本体に作用する加速度の大きさに対応した弁
開度を純機械的に得ることのできる加速度感応式サーボ
弁を提供する。 【解決手段】弁本体１の内部に、慣性体４による慣性力
が作用する作動体３と、この作動体３を弁本体１に対し
て中立位置に保持するためのノズルフラッパ式の復帰機
構６と、作動体３の移動量に応じて開口する内部流体経
路を設け、弁本体１に加速度が作用した場合には、慣性
体４から作動体３に作用する加速度に応じた慣性力と、
復帰機構６から作動体に作用する復帰力とを、加速度に
比例した作動体３の移動位置の下にバランスさせるよう
に構成したため、加速度に比例した内部流体経路の開口
度、すなわち流量を得ることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】弁本体に作用する加速度の大
きさに対応した弁開度を得ることのできる、加速度感応
機能を有するサーボ弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】サーボ弁本体に作用する加速度を検知
し、この加速度の大きさに対応して弁の開度を変化させ
得るサーボ弁は、制振あるいは免振装置等に好適に利用
されている。従来、このような機能を有するサーボ弁
は、例えば、圧電素子等で形成される加速度センサによ
り、前記加速度を電気信号に一旦変換し、この電気信号
を、磁力や液圧にさらに変換して、作動体たるスプール
を加速度の大きさに応じて移動させるものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようにサ
ーボ弁等で構成される液圧システムは、屋外等の温度、
湿度変化や振動などが激しい、いわゆる劣悪な環境下で
使用される場合が多く、このような環境下では、精緻な
センサや、電気機器を使用したシステムは、純機械的な
システムに比べ、信頼性に劣った。したがって、上述し
たような加速度センサからの電気的な信号を介して作動
するサーボ弁は、トータルシステムの信頼性を低減させ
る問題点があった。また、電気信号を利用すれば、途中
にマイクロコンピュータ等の機器を介在させて、サーボ
弁の特性をシステムにあわせてその都度変更したり、他
でもこの信号を利用したりする際に有利ではあるが、サ
ーボ弁自体の仕様が確定しており、多量に生産しようと
する場合には、逆に、マイクロコンピュータのような電
気機器の併用は、コストアップや、メンテナンスの複雑
化を招く場合もあった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上述の問題点を解決する
ために、本発明は、慣性体と、作動体を連動させるよう
にしたうえで、作動体の中立位置への復帰をノズルフラ
ッパ式の位置復帰機構にすることによって、作動体の中
立位置復帰機能に、部品を大幅に付加することなく、純
機械的な加速度感応機能を付与した加速度感応式サーボ
弁に関するものである。

【０００５】すなわち、本発明による加速度感応式サー
ボ弁は、内部流体経路を有する弁本体と、この弁本体に
進退可能に設けられ中立位置で前記内部流体経路を閉止
しこの中立位置からの移動量に比例して前記内部流体経
路の開口面積を連続的に増大させる作動体と、前記弁本
体に対し相対移動可能に設けた慣性体と、前記慣性体と
作動体とを連動させる連動手段と、前記作動体に中立位
置からの移動量に比例した流体力を中立位置に向かう復
帰力として作用させるノズルフラッパ式の復帰機構とを
具備してなり、弁本体に加速度が作用した場合に、慣性
体および連動手段を通じて作動体に作用する前記加速度
に応じた慣性力と、復帰機構から作動体に作用する復帰
力とを、加速度に比例した作動体の移動位置の下にバラ
ンスさせるように構成してなるものであることを特徴と
する。

【０００６】このようなものであれば、弁本体が静止し
ており作動体が中立位置である状態から、弁本体に振動
等の外力が作用し、この力に応じた加速度で弁本体が動
いた場合、慣性体は、自身の有する慣性によって静止状
態を保とうとし、弁本体に対しては移動を行う。そし
て、この移動に連動して作動体も移動し、内部流体経路
が開くことになる。しかして、同時にノズルフラッパ式
の復帰機構が作用し、前記作動体を中立位置に戻すべ
く、弁本体に対する移動量に比例した流体力を作動体に
与える。最終的には、慣性体および作動体は、弁本体と
同じ加速度で移動する状態でバランスすることになる
が、この状態において、前記慣性体および作動体を弁本
体と同じ加速度で動かす力は、この作動体に作用する前
記流体力によって与えられているため、この流体力の大
きさは前記加速度に比例することになる。したがって、
作動体の中立位置からの移動量は、この加速度に比例す
ることになる。

【０００７】つまり、弁本体に与えられる加速度を、純
機械的に作動体の中立位置からの移動量に変換し、弁開
度、すなわち内部流体経路の開口面積とすることができ
る。

【０００８】

【実施例】以下に本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。本実施例による加速度感応式サーボ弁１００
は、図１に示すように、弁本体１と、高圧および低圧の
流体をそれぞれ接続する高圧および低圧入力ポート１
１、１２と、弁本体１内部に摺動移動可能に支持された
作動体たるスプール３とを基本構成とし、このスプール
３の移動による内部流体経路の切換機能、すなわち前記
高圧および低圧入力ポート１１、１２を、第１出力ポー
ト１３および第２出力ポート１４に切換可能に連通する
流体方向切換機能を有するものである。そして、この構
成に加えて、前記弁本体１に対し移動可能な慣性体４
と、前記慣性体４とスプール３とを連動させる連動手段
たる連結部材５と、前記スプール３が内部流体経路を閉
止する中立位置になるように復帰させるノズルフラッパ
式の復帰機構６とを具備するものである。

【０００９】詳細に説明すると、スプール３は、従来の
サーボ弁のものと同様の構造を有し、両端部および中間
に設けた同一径を有する３つの大径部３１と、これら大
径部の間に設けた２つの小径部３２によって構成される
円柱状のもので、弁本体１に設けた前記大径部３１と同
内径を有する円筒状のシリンダバレル１５に嵌入させた
ものである。そして、シリンダバレル１５の内周面に、
高圧、低圧入力ポート１１、１２、および第１、第２出
力ポート１３、１４がそれぞれ連通する開口部を設け、
図２に示すように、スプール３の一方への移動により、
高圧入力ポート１１と第１出力ポート１３、および低圧
入力ポート１２と第２出力ポート１４とを連通させるよ
うにしているとともに、図３に示すように、スプール３
の他方への移動により、高圧入力ポート１１と第２出力
ポート１４、および低圧入力ポート１２と第１出力ポー
ト１３とを連通させるようにしている。また、図１に示
すように、スプール３が中立位置にある状態において
は、第１、第２出力ポート１３、１４を閉止させるよう
にしている。

【００１０】慣性体４は、加速度感知に必要な質量（慣
性）を持つようにした金属球であり、弁本体１に設けた
保持室４１内に、スプール３の移動方向と同方向に移動
可能に保持されるようにしている。連動手段たる連結部
材５は、スプール３の中間の大径部３１と慣性体４とを
剛連結する金属の板状のもので、スプール３と慣性体４
とを連動させるものである。そして、この連結部材５が
スプール３の移動に伴って移動できるように、シリンダ
バレル１５の内周面上の、前記中間の大径部３１との摺
動部位にその一端を開口させ、前記保持室４１内面にそ
の他端を開口させたフラッパ室５１を設け、このフラッ
パ室５１に連結部材を遊嵌している。なお、このフラッ
パ室５１は低圧入力ポート１２に連通するようにしてい
る。

【００１１】復帰機構６は、前記連結部材５の移動方向
の両側面近傍に一対のノズル６１を設けるとともに、各
ノズル６１を、スプール３の両端面側に形成される第
１、第２圧力室１５１、１５２にそれぞれ連通させ、さ
らに、これら第１、第２圧力室１５１、１５２をそれぞ
れ絞り弁６２を介して高圧入力ポート１１に連通させて
なる、いわゆるノズルフラッパ式のもので、この連結部
材５にフラッパとしての機能を付与したものである。そ
して、スプール３の中立位置において、各ノズル６１
を、連結部材５と各ノズル６１の先端との距離がそれぞ
れ等しくなるように配置し、各ノズル先端から噴出して
連結部材５に衝突する各流体の流れを等しくさせて、第
１、第２圧力室１５１、１５２の圧力を均衡させるよう
にしたものである。

【００１２】このような構成での本実施例の作用を説明
する。スプール３が中立位置である状態から、例えば図
２に示すように、弁本体１に振動等の外力がＸ１方向に
作用した場合、この外力に応じた加速度で弁本体１は移
動するが、慣性体４は弁本体１に対し可動であるから、
慣性体４は、自身の有する慣性によって静止状態を保と
うとし、弁本体１に対しては相対移動を行う。しかし
て、これに連動する連結部材５の移動によって、連結部
材５と各ノズル６１の先端とのそれぞれの距離に違いが
生じ、第１圧力室１５１の圧力が第２圧力室１５２の圧
力より高くなり、スプール３を中立位置に戻すべく、弁
本体１に対する移動量に比例した流体力がスプール３に
作用する。最終的には、慣性体４およびスプール３は、
弁本体１と同じ前記加速度で移動する状態で釣り合うこ
とになるが、このスプール３を弁本体１と同じ加速度で
動かす力は、このスプール３に作用する前記流体力によ
って与えられるため、スプール３の中立位置からの移動
量が、弁本体１に与えられた加速度に比例することにな
る。なお、図３は逆方向Ｘ２の力が弁本体１に作用した
場合で、スプール３の弁本体に対する動きは図２と逆に
なる。

【００１３】つまり、弁本体１に与えられる加速度を、
純機械的にスプール３の中立位置からの移動量に比例さ
せて変換し、弁開度、すなわち内部流体経路の開口面積
とすることができる。また、上述のように、本加速度感
応式サーボ弁１００は加速度の方向によって、第１、第
２出力ポート１３、１４の高低圧を切り換えるように作
用するのはもちろんである。

【００１４】次に、本実施例による加速度感応式サーボ
弁１００を利用して、免振装置１０を構成した一例につ
いて簡単に述べる。すなわち、この免振装置１０は、図
４の点線内に示すように、振動発生源２０上に固設され
たもので、本サーボ弁１００の第１、第２出力ポート１
３、１４を小型シリンダ装置１０１のピストンのヘッド
側、ロッド側にそれぞれ連通させ、この小型シリンダ装
置１０１により４方向流量制御弁１０２を駆動するよう
にしたうえで、この４方向流量制御弁１０２を介して、
油圧ユニット１０３より高圧、および低圧の流体を、駆
動用シリンダ装置１０４のピストンのロッド側、ヘッド
側にそれぞれ連通させたものである。そして、この駆動
用シリンダ装置１０４のピストンロッドを、振動発生源
２０上に移動可能に支持された免振台１０５に連結する
ことによって、この免振台１０５に振動に対する免振機
能を付与するものである。

【００１５】この免振装置１０の作用を説明する。図４
において、例えば免振装置１０にＡ方向に振動が与えら
れると、加速度感応式サーボ弁１００の作用で、その振
動の加速度に比例する流量が小型シリンダ装置１０１に
流入し、小型シリンダ装置１０１のピストン移動速度と
なる。したがって、小型シリンダ装置１０１のピストン
の変位量すなわち４方向流量制御弁１０２の開度は、小
型シリンダ装置１０１のピストン移動速度の時間積分値
となり、前記振動の速度に比例することになる。そし
て、４方向流量制御弁１０２の開度に比例する流量が駆
動用シリンダ装置１０４に流入し、駆動用シリンダ装置
１０４のピストン移動速度となる。したがって、同様に
この駆動用シリンダ装置１０４のピストンの変位量は、
この時間積分値となり、前記振動の変位に比例すること
になる。つまり、免振台１０５の変位を前記振動の変位
に対してその逆方向となるように１：１で対応させるこ
とが可能となり、免振台１０５を振動発生源２０の振動
に影響されないようにすることができる。なお、実際に
は、４方向流量制御弁１０２の応答性やゲイン等を調整
することが必要になるのは言うまでもない。

【００１６】以上に詳述したような本実施例による加速
度感応式サーボ弁１００によれば、純機械的に、弁本体
１に与えられた加速度に比例した弁開度を得られるた
め、信頼性の向上、コストの削減に寄与する。また、慣
性体４を連結部材５によりスプール３に連結させ、この
連結材５にフラッパ機能を兼備させているので、部品の
削減が図れる。さらに、加速度を感知するための慣性体
４を別に設け、スプール３の復帰機構６をノズルフラッ
パ式にしているので、従来あるサーボ弁にスタック的に
積み重ねて構成することもでき、従来のサーボ弁の若干
の改造のみでこの加速度感応機能を付与することができ
る。特に、上述したような免振装置１０をこの加速度感
応式サーボ弁１００を用いて構成すれば、装置全体の信
頼性、メンテナンス性をも向上させることができる。

【００１７】なお、本発明は以上示した実施例のみに限
定されるものではない。例えば、連結部材に板ばね等の
弾性体を用いて、応答性を変化させてもよい。また、図
５、図６に示すように、連結部材５をその中間部位５２
において弁本体１に回動可能に支持させてもよい。この
ようにすれば、連結部材５が弁本体１に確実に支持され
るが、スプール３の動きは、実施例とは逆となるため、
免振装置１０に適用する場合などでは、各出力ポート１
３、１４後の配管を本実施例と逆にする必要がある。さ
らに、本実施例においては、方向切換機能を付与し、加
速度の方向にも、高圧と低圧を切り換えて対応できるよ
うにしていたが、使用用途によっては単方向の加速度に
のみ対応すべく、方向切換機能を削除して、部品の削減
や簡単化を行ってもよいのはもちろんである。

【００１８】その他、各部の構成は図示例に限定される
ものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変
形が可能である。

【００１９】

【発明の効果】本発明は、以上に説明したような形態で
実施され以下に記載されるような効果を奏する。本発明
によれば、弁本体の内部に、慣性体による慣性力が作用
する作動体と、この作動体を前記弁本体に対して中立位
置に保持するためのノズルフラッパ式の復帰機構と、前
記作動体の移動量に応じて開口する内部流体経路を設
け、弁本体に加速度が作用した場合には、前記慣性体か
ら作動体に作用する加速度に応じた慣性力と、前記復帰
機構から作動体に作用する復帰力とを、加速度に比例し
た作動体の移動位置の下にバランスさせるように構成し
たため、純機械的に、弁本体に与えられた加速度に比例
した弁開度を得られ、信頼性の高い、製作コストを削減
した加速度感応式サーボ弁を提供できる。また、加速度
を感応するために、慣性体を別に設け、作動体の復帰機
構をノズルフラッパ式にしているので、従来あるサーボ
弁にスタック的に積み重ねて構成することもでき、従来
のサーボ弁を若干の改造するだけでこの加速度感応機能
を付与することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す加速度感応式サーボ弁
の縦断面図。

【図２】同実施例の作用を説明する図面。

【図３】同実施例の作用を説明する図面。

【図４】同実施例の加速度感応式サーボ弁を用いた免振
装置の機能を説明する図面。

【図５】本発明の他の実施例を示す加速度感応式サーボ
弁の縦断面図。

【図６】本発明の他の実施例の作用を説明する図面。

【符号の説明】

１・・・弁本体 ２・・・内部流体経路 ３・・・作動体（スプール） ４・・・慣性体 ５・・・連動手段（連結部材） ６・・・復帰機構 １００・・・加速度感応式サーボ弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部流体経路を有する弁本体と、この弁本
   体に進退可能に設けられ中立位置で前記内部流体経路を
   閉止しこの中立位置からの移動量に比例して前記内部流
   体経路の開口面積を連続的に増大させる作動体と、前記
   弁本体に対し相対移動可能に設けた慣性体と、この慣性
   体と作動体とを連動させる連動手段と、前記作動体に中
   立位置からの移動量に比例した流体力を中立位置に向か
   う復帰力として作用させるノズルフラッパ式の復帰機構
   とを具備してなり、弁本体に加速度が作用した場合に、
   慣性体および連動手段を通じて作動体に作用する加速度
   に応じた慣性力と、復帰機構から作動体に作用する復帰
   力とを、加速度に比例した作動体の移動位置の下にバラ
   ンスさせるように構成してなるものであることを特徴と
   する加速度感応式サーボ弁。