JP2004353701A - サーボバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】性能を維持することを可能とするサーボバルブを提供すること。
【解決手段】ノズルフラッパを有するケーシング４０と、ノズルフラッパに接続されたピストンを案内するスリーブ４１とを備え、ノズルフラッパとピストンとの対応関係に基づくピストンとスリーブ４１との相対位置により作動油の流量を決定するサーボバルブにおいて、スリーブ４１は、ノズルフラッパに負荷をかけないときのピストンの中立位置に対応する基準位置で、ケーシング４０に固定される。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、サーボバルブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、航空機用ジェットエンジンの燃料制御等に用いられるサーボバルブとしては、各種のものが提案されているが、例えばノズルフラッパ方式のサーボバルブが知られている。
【０００３】
従来、この種のノズルフラッパ方式のサーボバルブは、ノズルフラッパを有するケーシングと、ノズルフラッパに接続されたピストンを案内するスリーブとを備えており、対向配置されたノズルの間に位置するフラッパにトルクを与えることで、ピストンの両端に導かれる作動油の油圧に差を生じさせ、ピストンを変位させるものである。フラッパには、弾性部材からなるフィードバックワイヤが設けられており、フィードバックワイヤの先端がピストンの所定の位置に固定されることで、ピストンの変位がフラッパにフィードバックされるようになっている。スリーブは、油空圧を確実にピストンに伝えるために熱膨張率の小さい、例えば炭素鋼から構成されており、ケーシングは、サーボバルブ全体の重量を極力小さくするために軽い金属、例えばアルミ等から構成されている。
【０００４】
このような構成からなるサーボバルブのフラッパにトルクを与えると、両ノズルの間に背圧の差が生じることでピストンが変位し、ピストンの変位に応じてフィードバックワイヤによりフラッパが元の位置に戻され、両ノズルの背圧の差が０となり、ピストンの動きが停止する。ピストンが停止することで、ピストンとスリーブとの相対位置により、作動油の流量が決定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のサーボバルブにおいては、スリーブとケーシングとは異なる材質でできており、互いの材質は熱膨張率が異なるので、使用環境における温度変化によって互いに異なる熱膨張率で膨張・収縮する。この際、例えばスリーブが一端でケーシングに固定されているとすると、それぞれが互いに異なる熱膨張率で膨張・収縮することによって、その固定端を基準としてスリーブとケーシングとの相対的な位置がずれる。つまり、ピストンの中立位置とスリーブの基準位置とがずれる。すると、作動油の流量に誤差が生じてしまうので、サーボバルブの性能が低下するという問題があった。
【０００６】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、温度変化による作動油の流量のばらつきを抑制して所望の性能を維持することを可能とするサーボバルブを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、ノズルフラッパを有するケーシングと、該ノズルフラッパに接続されたピストンを案内するスリーブとを備え、前記ノズルフラッパと前記ピストンとの対応関係に基づく該ピストンと前記スリーブとの相対位置により作動油の流量を決定するサーボバルブにおいて、前記スリーブは、前記ノズルフラッパに負荷をかけないときの前記ピストンの中立位置に対応する基準位置で、前記ケーシングに固定されることを特徴とする。
この発明に係るサーボバルブによれば、スリーブは、ノズルフラッパに負荷がかからないときのピストンの中立位置に対応する基準位置でケーシングに固定されるので、使用環境の温度変化によりスリーブとケーシングとがそれぞれ異なる熱膨張率で膨張・収縮した場合でも、ピストンの中立位置とスリーブの基準位置とにずれが生じない。つまり、ピストンがスリーブ内の所定位置にあることで決定される作動油の流量と、ピストンをスリーブ内の所定位置に位置させるために必要なフラッパに与えるべきトルクとの対応関係が温度ごとに常に一定に保たれる。したがって、温度変化が生じた場合でも予め知られた温度ごとの対応関係を考慮することで所望の性能を維持することができる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のサーボバルブにおいて、前記スリーブは、その側周部に設けられた凹部又は穴部に、前記ケーシングに備えるピン部材がはまり込むことで位置決めされることを特徴とする。
この発明に係るサーボバルブによれば、スリーブは、ピン部材によりケーシングに固定されてケーシングとの相対的な移動が阻止される。この際、ピン部材は凹部又は穴部内をその軸方向に移動可能なので、ケーシングがスリーブの径方向に膨張・収縮（拡径・縮径）した場合でも、スリーブはケーシングに歪みを生じさせることなく確実に固定される。このとき、スリーブの凹部又は穴部にピン部材を挿通するだけでよいので、スリーブをケーシングに位置決めするのが容易であり、また、スリーブの交換も容易となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の一実施の形態を示す図である。
図１において、サーボバルブ１は、トルクモータ部２と、油圧増幅部３と、バルブ部４と、フィードバック部５とを備えている。
【００１０】
トルクモータ部２は、先端部に対向する磁極を有する永久磁石２１と、永久磁石２１の両磁極間に回転自在に設けられるアーマチュア２２と、アーマチュア２２の周囲に巻回されるコイル２３とから構成されており、トルクモータ部２は、コイル２３に電流を入力してアーマチュア２２の先端部に磁極を生じさせ、永久磁石２１との間に働く力によりアーマチュア２２を回転させることで、入力電流をフラッパ３１のトルクに変換するものである。
【００１１】
油圧増幅部３は、アーマチュア２２の回転に追従して揺動するフラッパ３１と、フラッパ３１の位置に応じて油圧が変化するノズルフラッパ機構（ノズルフラッパ）３０とを備えており、フラッパ３１は、トルクモータ部２のアーマチュア２２に一体に連結されている。ノズルフラッパ機構３０は、フラッパ３１を挟んで対向して設けられる一対のノズル３２、３２から構成されており、ノズル３２の先端とフラッパ３１との間には、数十μｍの隙間が形成されている。油圧増幅部３は、トルクモータ部２のアーマチュア２２の変位をフラッパ３１を介して油圧の圧力差に変換するものである。
【００１２】
ノズル３２は、後述するバルブ部４のスリーブ４１の両端部に連通されており、ノズル３２の内部には、インレットフィルタ３３及びインレットオリフィス３４を介して作動油が導かれるようになっている。つまり、この作動油を介して、各ノズル３２に作用する背圧が、スリーブ４１の両端部、すなわちピストン４２の両端面に導かれるようになっている。
【００１３】
バルブ部４は、ケーシング４０に内接するスリーブ４１と、スリーブ４１内を摺動自在に移動するピストン４２とから構成されており、ケーシング４０には、スリーブ４１に連通するよう、供給ポート４３と、戻りポート４４と、制御ポート４５とが設けられている。スリーブ４１は、その両端部に油圧増幅部３の両ノズル部１２、１２の背圧が導かれるように構成されており、ピストン４２は、両ノズル部１２、１２の背圧の差に応じてスリーブ４１内を移動するように構成されている。バルブ部４は、ピストン４２の変位に応じて各ポート４３、４４、４５が開閉されることで、又は各ポート４３、４４、４５の開閉度が調整されることで、各ポート４３、４４、４５を介して作動油の流量が制御されるものである。
【００１４】
スリーブ４１には、作動油が流通する流通孔４１ａが設けられており、この流通孔４１ａを介して作動油がケーシング４０の供給ポート４３と、戻りポート４４と、制御ポート４５とに導かれるようになっている。ピストン４２の長手方向中心部の外周面には、所定の深さの凹部４２ａが環状に設けられ、この凹部４２ａ内に後述するフィードバック部５のフィードバックワイヤ５１のボール５２が摺動自在に結合されている。
【００１５】
スリーブ４１及びピストン４２は、それぞれが左右対称となるよう構成されており、スリーブ４１は、その対称面がアーマチュア２２の回転軸を含む位置で、ケーシング４０に固定されている。スリーブ４１におけるこの位置が、ノズルフラッパ３０に負荷がかからないときのピストン４２の中立位置（後述）に対応するスリーブ４１の基準位置を表す。（ここでは、スリーブ４１の対称面上に基準位置が位置する。）
【００１６】
フィードバック部５は、一端部がフラッパ３１に一体に結合される弾性変形可能なフィードバックワイヤ５１と、フィードバックワイヤ５１の他端部に一体に設けられるボール５２とからなるものであって、ボール５２は、ピストン４２の外周面の凹部４２ａに摺動自在に結合されている。フィードバックワイヤ５１は、ピストン４２の変位に追従して撓み、撓んだ状態から元の状態に復帰することにより、フラッパ３１を中立位置に押し戻し、ピストン４２をその位置に停止させ、ピストン４２を介しての作動油の流量を決定する。すなわち、フィードバックワイヤ５１は、ピストン４２の変位をフラッパ３１にフィードバックさせる機能を有するものである。
【００１７】
ここで、スリーブ４１は、図２に示すように、例えば炭素鋼からなるものであり、その側壁部（側周部）４１ｃは、例えばその一部に１４ｍｍ程度の厚さの厚肉部を有するものである。この厚肉部には、スリーブ４１の長手方向（ピストン４２の摺動方向）に直交する方向に延びる穴部４１ｂが形成されており、この穴部４１ｂは、ケーシング４０に形成された穴部４０ｂに連続するように形成されている。スリーブ４１の穴部４１ｂとケーシング４０の穴部４０ｂとには、両者を連通するピン部材６が挿通されている。ピン部材６は、図４に示すように、縮径可能なよう周方向に切欠部６ａを有するスプリングピンからなるものであり、ピン部材６は、スリーブ４１とケーシング４０それぞれの穴部４１ａ、４０ａの内壁を押圧した状態で挿通されている。なお、この穴部４１ａ、４０ａは、凹部に形成してよいものである。その際、スリーブ４１とケーシング４０とが共に凹部となる場合には、それぞれの開口部を互いに反対方向に向けて設けるとよい。
【００１８】
次に、上記の構成からなるサーボバルブ１の動作について説明する。
トルクモータ部２への入力電流が０の場合には、フラッパ３１は両ノズル部１２、１２から等距離に位置し、両ノズル部１２、１２から同量・同圧の作動油が噴出し、両ノズル部１２、１２の背圧はバランスがとれた状態となる。このとき、ノズルフラッパ機構３０には、負荷がかからない状態にあり、ボール５２が位置するピストン４２の対称面は、その対称面にアーマチュア２２の回転軸が含まれる位置、すなわち中立位置に位置している。
【００１９】
トルクモータ部２に電流を入力すると、入力された電流に比例してトルクモータ部２にトルクが発生し、アーマチュア２２が回転する。アーマチュア２２が回転すると、アーマチュア２２の回転に追従して油圧増幅部３のフラッパ３１が一体に揺動してノズル３２の方向に変位し、両ノズル３２、３２のノズル部１２、１２から等距離に位置していたフラッパ３１と両ノズル部１２、１２との距離が変化する。フラッパ３１と両ノズル部１２、１２との距離が変化することで、両ノズル部１２、１２の背圧に差が生じる。両ノズル部１２、１２の背圧が変化することで、ピストン４２の両端面にかかる圧力に差が生じ、圧力の低い方へ向けてピストン４２が移動する。
【００２０】
ピストン４２が移動すると、ピストン４２の移動に伴ってフィードバック部５のフィードバックワイヤ５１が撓む。フィードバックワイヤ５１が撓むと、フィードバックワイヤ５１がもとの形に戻ろうとし、フラッパ３１が押し戻される。すると、ピストン４２の両端面にかかる圧力差が減少し、ついには、アーマチュア２２にかかるトルクとピストン４２の位置に基づくフィードバックワイヤ５１にかかるトルクとが釣り合った位置でピストン４２がその位置に停止する。このようにして、バルブ部４におけるピストン４２とスリーブ４１との相対位置により、流通孔４１ａを介して作動油の流量が決定される。
【００２１】
この際、スリーブ４１とケーシング４０とは、両者に形成された穴部４１ｂ、４０ｂに連通するピン部材６が挿通され、ピン部材６が拡径する方向に弾性復帰して両者の穴部４１ｂ、４０ｂの内壁を押圧することで、スリーブ４１の基準位置において一体に固定されているので、膨張・収縮によってスリーブ４１及びケーシング４０の長手方向の長さがそれぞれ変化した場合であっても、両者はスリーブ４１の基準位置において固定されて相対的な位置関係が常に温度に応じた一定の関係にある。
【００２２】
また、ピン部材６は、拡縮径可能に構成されているので、スリーブ４１とケーシング４０とが膨張・収縮をして穴部４１ｂ、４０ｂの径が変化したとしても、ピン部材６が穴部の内壁を押圧することで、スリーブ４１はケーシング４０に固定される。つまり、スリーブ４１は、ピン部材６によりケーシング４０に固定されてピストン４２の摺動方向への移動が阻止される。この際、ピン部材６は穴部４１ａ、４０ａ内をその軸方向に移動可能なので、ケーシング４０がスリーブ４１の径方向に膨張・収縮（拡径・縮径）した場合でも、スリーブ４１はケーシング４０に歪みを生じさせることなく確実に固定される。
【００２３】
この状態において、スリーブ４１は、ノズルフラッパ機構３０に負荷をかけないときのピストン４２の中立位置に対応する基準位置でケーシング４０に固定されるので、使用環境の温度変化によりスリーブ４１とケーシング４０とがそれぞれ異なる熱膨張率で膨張・収縮した場合でも、ピストン４２の中立位置とスリーブ４１の基準位置とにずれが生じない。つまり、ピストン４２がスリーブ４１内の所定位置にあることで決定される作動油の流量と、ピストン４２をスリーブ４１内の所定位置に位置させるために必要なフラッパ３１に与えるべきトルクとの対応関係が温度ごとに常に一定に保たれる。
【００２４】
上記の構成によれば、ピストン４２がスリーブ４１内の所定位置にあることで決定される作動油の流量と、ピストン４２をスリーブ４１内の所定位置に位置させるために必要なアーマチュア２２に入力すべき電流（フラッパ３１に与えるべきトルク）との対応関係が温度ごとに常に一定に保たれるので、温度変化が生じた場合でも予め知られた温度ごとの対応関係を考慮することで所望の性能を維持することができる。また、スリーブ４１とケーシング４０との間に熱膨張率の差があることで生じる作動油の流量の誤差が解消されるので、作動油の流量の精度を出すために炭素鋼等から作らなければならないスリーブ４１とは異なり、比較的軽いアルミ等の材料でケーシング４０を作ることができる。つまり、サーボバルブを軽量化することができる。また、スリーブ４１とケーシング４０とを固定する固定手段として、ピン部材６が用いられているので、固定が容易となる。このとき、スリーブの凹部又は穴部にピン部材を挿通するだけでよいので、スリーブをケーシングに位置決めするのが容易である。また、同じ理由により、スリーブの交換が容易となる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、スリーブはノズルフラッパに負荷がかからないときのピストンの中立位置に対応する基準位置でケーシングに固定されるので、使用環境の温度変化によりスリーブとケーシングとがそれぞれ異なる熱膨張率で膨張・収縮した場合でも、ピストンの中立位置とスリーブの基準位置とがずれが生じない。つまり、ピストンがスリーブ内の所定位置にあることで決定される作動油の流量と、ピストンをスリーブ内の所定位置に位置させるために必要なフラッパに与えるべきトルクとの対応関係が温度ごとに常に一定に保たれる。したがって、温度変化が生じた場合でも予め知られた温度ごとの対応関係を考慮することで所望の性能を維持することができる。
また、請求項２に係る発明によれば、スリーブはピン部材によりケーシングに固定されてケーシングとの相対的な移動が阻止される。この際、ピン部材は凹部又は穴部内をその軸方向に移動可能なので、ケーシングがスリーブの径方向に膨張・収縮（拡径・縮径）した場合でも、スリーブはケーシングに歪みを生じさせることなく確実に固定される。このとき、スリーブの凹部又は穴部にピン部材を挿通するだけでよいので、スリーブをケーシングに位置決めするのが容易であり、また、スリーブの交換も容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係るサーボバルブを示す概略図である。
【図２】この発明の一実施形態に係るサーボバルブのスリーブ付近を示す概略側面図である。
【図３】この発明の一実施形態に係るサーボバルブのスリーブ付近を示す概略断面図である。
【図４】この発明の一実施形態に係るサーボバルブに使用されるピン部材を示す概略図である。
【符号の説明】
１ サーボバルブ
６ ピン部材
３０ ノズルフラッパ機構（ノズルフラッパ）
４０ ケーシング
４１ スリーブ
４１ａ 穴部（凹部又は穴部）
４１ｃ 側壁部（側周部）
４２ ピストン

Claims (2)

1. ノズルフラッパを有するケーシングと、該ノズルフラッパに接続されたピストンを案内するスリーブとを備え、前記ノズルフラッパと前記ピストンとの対応関係に基づく該ピストンと前記スリーブとの相対位置により作動油の流量を決定するサーボバルブにおいて、
   前記スリーブは、前記ノズルフラッパに負荷をかけないときの前記ピストンの中立位置に対応する基準位置で、前記ケーシングに固定されることを特徴とするサーボバルブ。
2. 請求項１記載のサーボバルブにおいて、
   前記スリーブは、その側周部に設けられた凹部又は穴部に、前記ケーシングに備えるピン部材がはまり込むことで位置決めされることを特徴とするサーボバルブ。

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