JPS6162686A

JPS6162686A - 遠隔バルブ操作装置

Info

Publication number: JPS6162686A
Application number: JP60111271A
Authority: JP
Inventors: レオン　ダブリユ・ブランク
Original assignee: Commercial Shearing Inc
Current assignee: Commercial Shearing Inc
Priority date: 1984-08-28
Filing date: 1985-05-23
Publication date: 1986-03-31
Also published as: IT1180728B; IT8547706A1; JPH0423126B2; FR2573169B1; US4569372A; IT8547706A0; AU3868785A; AU569937B2; DE3502506A1; FR2573169A1; CA1240237A; GB2163875A; GB8500313D0

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、遠隔バルブ操作装置に関し、特にバルブスプ
ールの如きハイドロ−リック（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　）エレメントを電気的遠隔操作
乃至位置決めする装置に関する。

バルブスプールのようなハイドロ−リックエレメントの
電気的遠隔操作はこれまでも行われれきた。現に行われ
ている遠隔操作は、各種の電磁力モータ乃至ソレノイド
を用いてハイドロ−リックエレメントに軸方向力を付与
するものである。該軸方向力は、米国特許第３，６６５
，９６２号及び同第３．７８９．８７６号に示される様
に前記エレメントに直接イ」与されるか、又は米国特許
第２．９０２，８８５号に示されるようにリンク装置や
歯車列の如き機械的装置を介して付与されるか、或は前
記エレメント端又はバルブエレメントに連結された位置
決め用シリンダへパイロット圧を適宜与えるようにして
間接的に付与されるかしている。該パイロット圧力を利
用した場合、該パイロット圧力は、通常、別個のリリー
フ弁又はアンローダを有する別個のポンプから得るか、
或は減圧弁又は圧力起動形アンローディング弁を介して
主圧力供給源から得られる。

流体力学の分野において［遠隔操作乃至位置決め（Ｉｅ
ｍＯｔｅｐＯ５ｉｔｌｏｎｉｎ（］）　Ｊの詔は、一般
に、与えられた電気信号の電圧（又は電流）に比例する
ハイドロ−１ノツクエレメントの操作乃至位置決めを指
す。従って、定格電圧（又は電流）の５０％が与えられ
ると、前記エレメントはその定格ストロークの５０％肋
かされ、定格電気信号の１００％か用いられるとエレメ
ントは定格ストロークの１００％動かされる。

この比例位置は、該エレメント位置を電気コントローラ
へフィードバックして目標値電圧（電流入力）と比較調
整することにより得られる。

位置フィードバックは、通常、ポテンションメータ、Ｄ
ＣＤＴ′″Ｓ、ＬＶＤＴ”ｓ、キャパシタンス、インダ
クションデバイス、ソニックデバイス又は電磁デバイス
の如き各種の電気的位置トランスデユーサを用いて電気
的に行われる。該トランスデユーサ位置信号は、アナロ
グ又はディジタル電気ブランクボックス（ｂｌａｃｋ　
ｂｏｘ　）へ送られ、そこで該フィードバック信号が入
力目標値信号と一致するまで該入力目標値信号と比較さ
れる。

前記ニレメン１〜の位置は、また、該エレメントを中央
位置へ戻そうとするスプリング力と、入力信号の圧力目
標値（ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｃｏｍｍａｎｄ　）によって
該ニレメン１〜に付与される力とを比較することによっ
て流体圧力によりフィードバックされ得る。

また、該エレメントの位置は、スプリング力を介して機
械的に電気制御パイロットポジショナにフィードバック
されることができ、該スプリング力は、フォース（ｆｏ
ｒｃｅ　）モータ（又は比較ソレノイド）によって指示
された入力にバランスする。

更に、機械的弁操作及び該エレメントを位置づける流体
圧又は流れを組み合せた他のフィードバック装置もめる
。

これら装置を“追随（ｆｏｌｌｏｗ　ｕｐ　）　”サー
ボと総称する。

ハイドロツタエレメントの電気的遠隔操作の特別の分野
では、そわは“パン−パン（ｂａｎｇ−ｂａｎｇ　）ス
イッチング又は０Ｎ１０ＦＦデバイスと言われる非比例
方法により行われる。この種の電気遠隔５１では、ハイ
ドロ−リックエレメントは、中央位＠（オフポジション
）又は定格（１００％）位置におかれる。これは、フィ
ードバック装置は要求されないが、前記エレメントがバ
ネ力又は流体圧にてオフ位置に中央寄せされ、或はオン
位置に駆動される特別の場合である。

この種の位置決め装置は、米国特許第３，０５８．０３
８号、第３，４０８．０３５号、第３゜４１０、３０８
号、第３．５００．３８０号、第３．５９０，８７３号
及び第３，８３９，６６２号に開示されている。

本発明の目的は、オペレータの所望どおり、比例モード
又は０Ｎ１０ＦＦモードのいずれででもハイドロ−リッ
クエレメントを電気的に遠隔操作できる装置を提供する
ことにある。

本発明の他の目的は、従来装置では普通必要とされてい
たような別個のパイロット圧力源の必要性を無くすこと
にある。

本発明の更に他の目的は、従来の歯車列及び／又はリン
クＩａ栂の如き直接作動式機械的装置につきものであっ
た摩擦及びバックラッシュを除去又は避けることができ
る遠隔操作装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、ノズルフラッパ（ｆｌａｔ）
ｌ）ｅｒ　）装置、ジェットパイプ装置、ジェットディ
フレクタ（ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ　＞装置等の従来からの
サーボバルブトランスデユーサにより要求されるスタン
バイ（５ｔａｎｄ−ｂｌ／）゛フローを除き、摺動又は
回動アーマチャソレノイド装置の摩擦、及び直接感触を
避けることにある。

本発明の更に他の目的は、従来装置において比較的よく
生じた問題、即ちゴミ詰まりしてハイドロ−リックエレ
メントをその全同位置へ無制御状態で移動させてしまう
小ざい低オリフィスの使用を避けることに必る。

以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図に示される本発明の好ましい１実施例バルブは、
長手方向孔（１］）を有するハウジング（１０）を備え
てあり、該孔にはスプール（１２）が収容されている。

スプール（１２）の両端部にはディテント乃至もどり止
め（ｄｅｔｅｎｔ）センタリングスプリング（１３）が
配置され、該スプリングは孔（１１）の各端部にある拡
大されたシリンドリカルキャビティ（１５）に収められ
ていてディテントリング（１４）を介してスプール端部
に支えられている。孔（１１）はその略々中間位置に圧
力チャンバ（１６）が交さしてあり、チャンバ（１６）
から離れた該チャンバ（１６）の両側にはタンクチャン
バ（１７）が交４つっている。

圧力チャンバ（１６）とタンクチャンバ（１７）との間
にはワークチャンバ（２５）がめる。スプール（１＝　
２　＞の各端部には、テーパ付きスロットであることが
望ましい可変開口オリフィス（１８）が設けられており
、該オリフィスの各端は、スプール（１２）が左右いず
れかへ動かされるとタンクチャンバ（１７）の１つと孔
（１１）端部のキャビティ（１５）との間を連通させる
ようになっている。ポンプ（３０）の１つのポートは、
スプール（１２〉中をその軸線方向に延びるライン（１
９）とライン（１９）中へ挿入されたポンプ（３０）の
長いノズル（１８ａ）とを介して左側キャビティ（１５
）に連通してあり、該ノズル（１８ａ）は、シール（１
９ａ＞にてシールされており、該ポンプは電動殿（２０
）により駆動される。

ポンプ（３０）の他方のポートは直接右側キャビティに
接続されている。タンクチャンバ（１７）のそれぞれと
それに隣るキャビティ（１５）との間をつなぐライン（
２２）には逆止弁（２１）が設けられている。エレクト
リックコントローラ（２３）がモータ（２０）への電流
を制御する。

該コントローラの操作はオペレータにより手動で位置決
めされるハンドル（２４）にて操作される。

該操作ハンドルが中央位置におかれているとモータ（１
２）へは通電されず、スプール（１２）はリング（１４
）に当接したディテントセンタリングスプリング（１３
）によって中央の閉位置にあかれる。

オペレータが操作ハンドルをいずれかの方へ動かすと、
該ハンドルの位置に比例した電圧がコントローラ（２３
）にＪ：つてモータ（２０）に印加される。典型的には
、モータ（２０）は、その端子に印加される電圧に比例
した速度を出す永久磁石モータである。モータ（２０）
は、コントローラにより印加される電圧に比例した速度
で一方向又は他方向に回転する。

前記モータが流体を第１図上右側のキャビティ（１５）
から通路（１９〉へ圧送するように回されると、流体は
右側ギ°（７ビテイ（１５）から左側キャビティ（１５
）へ圧送され、スプール（１２）が右方へ肋かされる。

スプール（１２）が右方へ動くとスプール（１２）の外
域に送られていた流体はテーバ付きスロットにより形成
された可変オリフィス（１Ｂ）及びスプール孔（１１）
を通ってタンクへ漏れ始める。

スプール（１２）は、前記コントローラのポジションに
よって決まるモータ速度で該可変オリフィスを横切る流
れが、左側キャビティ（１５）から左チャンバ（１７）
を介してのタンクへの圧力降下を引き起こし、スプール
に加わる力（スプール面積Ｘ圧力降下）が右側から反対
に加わるセンタリングスプリング（１３）の力にスプー
ルメータリングエツジに作用する流れ力を加えた力に正
確に等しくなるまで右方へ動き続ける。キャビテーショ
ン及びオーバーヒーティングを避りるためにポンプ（３
０）に必要な流体は、右側逆止弁（２］）を介して図外
タンクから右側キャビティ（１５）へ引き込まれる。

スプール（１２）は、操作ハンドル（２４）が他の異な
る位置へ勅かされ、モータ速度、換言すればポンプから
の流体流れが変更されるまで、この新しいポジションに
とどまる。もしハンドル（２４）が中央位置に動かされ
ると、モータは回転をやめ、前記スプリングがスプール
を中央部へ戻す。左側チャンバ（１５）からの流れは可
変オリフィス（１８）を介してタンクへ戻り、右側チャ
ンバ（１５）への流れは右側のタンクチャンバ（１７）
、通路（２２）及び逆止弁（２１）を介してタンクから
引かれる。

操作ハンドル（２４）を前述とは反対の方向へ動かすこ
とにＪ：つて、スプール（１２）を左方へ動かすように
反対極性電圧をポンプ（３０〉駆動用モータ（２０）に
印加すると、スプール（１２）を左方へ動かすことがで
きる。

第２図には前）ボの実施例と主要点が同じ構造のバルブ
が示されてあり、同じ部分には右肩に（′）を付けた同
じ参照番号が符されている。

第１図及び第２図にそれぞれ示した実施例にａ′３ける
相違点は、第１図実施例と異なり第２図実施例では孔（
１１’）両端部のキャビティ（１５’）間を外部ライン
（１９’）に接続した点、第１図実施例ではポンプ（３
０）及びモータ（２０）か一体になっているのに第２図
実施例ではモータ（２０’　）及びポンプ（３０’　）
が分離している点である。

第３図には、特に０Ｎ１０ＦＦ操作に使用されるように
設計された本発明の更に他の実施例が示されている。こ
の実施例も第１図に示す実施例と殆んどの点で同＠造で
あり、同じ部分には（″）を付（）た同一参照番号が付
【プられている。この実施例は、第１図及び第２図の実
施例とスロット（４０）の形状の点で異なっている。ス
ロット（４０）は、段付きスロットであり、スロットが
第１図に示す可変オリフィス（１８）より大ぎい開口へ
と急激に変化するフルフロー（ｆｕｌｌ　ｆｌｏｗ　）
ポジションヘスブールが素早く移動するまでスプールの
このエリヤからタンクへの流れがより小さい一定開口に
よって制御されるようになっている。

０Ｎ１０ＦＦ操作に使用するために、第１図のコントロ
ーラ（２３）は、ＯＮ位置でモータに全電圧を印加し、
ＯＦＦ位置では電圧印加しない簡単なＯＮ／ＯＦＦスイ
ッチ（４１）と置き替えられる。

第４図には第１図及び第２図の実施例と類似構造の実施
例が示されており、同様部分には（′）を付けた同一参
照番号が付けられている。この実施例と第１図実施例と
の相違は、逆止弁（２１）及び通路（２２）がスプール
（１２″’）の各端においてポジティブ・パルウィング
（ｖａｌｖｉｎｏ　＞　・スロット（５０）とおき代え
られている。スロット（５０）のサイズ及び形状はバル
ブの異なる動作特性を得るように変更可能である。

図示実施例では、クローズドセンタ形スプールが用いら
れているが、当業者であれば、オープンセンタ形スプー
ル又はボジショニング（１）ＯＳｉｔｉＯｎｉｎｇ＞アクチュエータ（シリン
ダ）、或は他の起動エレメントを用いてもよいことは明
らかである。

同様に、前述の実施例において用いた永久磁石モータに
代え、ＡＣモータ又はＤＣモータ、第３図に示すように
０Ｎ１０ＦＦ操作のための定速モータ又は可変速のモー
タ、前記ポンプに変速継手により連結された定速モータ
又は第１図、第２図及び第４図におけるように比例制御
用の可変速ポンプに連結された定速モータを用いること
ができる。ポンプは、定容量形ギヤポンプ、定容連形内
歯ギヤポンプ、ジャロータポンプ（ｇｅｒｏｔｏｒ　ｐ
ｕｍｐ）ピストンポンプ、ダイヤアラムポンプ、遠心ポ
ンプ、ダイアストリック（ｄｉａｓｔｏｌｉｃ　＞ポン
プ、又は他の適当なポンプのいずれでもよい。

フィードバックとして流れを利用する可変オリフィスを
備えた定容釘形ポンプの変形例として、バルブスプール
の遠隔位置決めを行うための調節自在な圧力補償装置及
び非可変容量オリフィスを備えた可変容量圧力補償形ポ
ンプを使用できる。

前記コントローラは、既述の如き可変電圧源でも、又は
ディジタル又はアナログ式コントローラでも、或はスプ
ール位置以外のループ又はスプール位置に付加したルー
プからのフィードバック信号を受ける電子コントローラ
でもよい。それは、また、分圧器或はＡＣ，ＤＣ又は交
直両用モータを用いたパルス幅変調コントロールのよう
な電気的装置でもよい。

本発明装置と従来装置との基本的な差異は、本発明装置
は基本的に目標１１ａ信号とフィードバック信号とのフ
ロー和（ｆｌｏｗ　　ｓｕｍｍａｔｉｏｎ　）に基づい
ている点である。

コントローラは、ポンプに定吐出させる。スプールフィ
ードバックは、バルブスプールストロークに比例するオ
リフィスにおける一定流れによって生じる圧力降下を検
知することにより行われる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の断面図、第２図は本発明の
他の実施例の断面図、第３図は本発明の更に他の実施例
の断面図、第４図は本発明の更に他の実施例の断面図、
第５図は本発明装置による流量制御状態説明図である。（１０）、（１０′）・・・バルブハウジング、（１１
）、（１１′）・・・孔、（１２〉、（１２′　）、（コ２″〉、（１２”’）・
・・バルブスプール、（１３）、（１３’）、（１３″）、（１３”’）・・
・スプリング、（１５）、（１５Ｍ、（，１５″）、（１５″’）・・
・ギャビテイ（１６）、（１６Ｍ、（１６”）、（１６″’）・・・
圧力チャンバ、（コア〉、（１７Ｍ、（１７”）、（１７”’）・・・
タンクチャンバ、（１８）、（１８’）、（１８″’）・・・オリフィス、（１９）、（１９’）、（１９″）、（１９”’）・・
・ライン乃至通路（２Ｑ）、（２０’　　）、（２０″）、（２０”’）
・・・モータ、（２２）、（２２’　）・・・ライン、（２１）、（２
１’　）・・・逆止弁、（２３）・・・電気コン１−ロ
ーラ、（２４）・・・ハンドル、（３０）、（３０’　　）、（３０″）、（３０″′）
・・・ポンプ、（４Ｑ）、（５０）・・・スロット。（以　上）Ｆｉｇ、３゜Ｆｉｇ、５゜

Claims

【特許請求の範囲】

（１）内部に長手方向孔を有するバルブハウジングと、
前記孔の両端間で該孔に交わる圧力流体インレットチャ
ンバと、前記インレットチャンバの外側で前記孔に交わ
る少なくとも１つの低圧タンクチャンバと、前記インレ
ットチャンバ及びタンクチャンバ間で前記孔に交わるワ
ークチャンバと、前記孔中を可動のバルブスプールと、
前記孔の各端部に設けられたディテントチャンバと、前
記スプールを前記孔の中央位置へ動かすための前記各デ
ィテントチャンバ内のバネ装置と、前記両ディテントチ
ャンバを接続する流体ラインと、前記流体ラインにおけ
るポンプ装置と、前記ポンプ装置に連結された駆動装置
と、前記駆動装置の回転を制御して前記両ディテントチ
ャンバ間の流体流れを制御するように前記駆動装置に対
し作用する制御装置と、前記バルブ装置における可変オ
リフィス装置であつて前記スプールが前記孔中を該可変
オリフィス装置とは反対側にある前記孔の端部における
前記ディテントチャンバへ向け動かされた場合に少なく
とも１つの前記タンクチャンバと該チャンバに隣るディ
テントチャンバとの間を連通する該可変オリフィス装置
と、少なくとも１つの前記タンクチャンバと前記孔端部
のディテントチャンバとの間を連通させるバルブ装置と
を備えていることを特徴とする遠隔バルブ装置。
（２）前記低圧タンクチャンバが２つあり、該タンクチ
ャンバは、前記インレットチャンバの両外側において前
記孔に交わつており、該各タンクチャンバとそれに隣る
前記ディテントチャンバ間を連通するバルブ装置を備え
ている特許請求の範囲第１項記載の遠隔バルブ操作装置
。
（３）前記可変オリフィス装置がテーパ付きスロットで
ある特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の遠隔バル
ブ操作装置。
（４）前記タンクチャンバと前記ディテントチャンバと
の間の前記バルブ装置が逆止弁である特許請求の範囲第
３項に記載の遠隔バルブ操作装置。
（５）前記可変オリフィス装置が段付きスロットである
特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の遠隔バルブ操
作装置。
（６）前記タンクチャンバと前記ディテントチャンバと
の間のバルブ装置が逆止弁である特許請求の範囲第５項
に記載の遠隔バルブ操作装置。
（７）前記駆動装置が可変速電動モータである特許請求
の範囲第１項又は第２項に記載の遠隔バルブ操作装置。
（８）前記駆動装置が可変速電動モータである特許請求
の範囲第３項に記載の遠隔バルブ操作装置。
（９）前記駆動装置が電動モータであり、前記制御装置
がＯＮ／ＯＦＦスイッチである特許請求の範囲第５項に
記載の遠隔バルブ操作装置。