JP2005233219A - サーボピストン機構及び流量調整弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 高圧側の流体が低圧側に漏出するのを防止することができるのは勿論、部品点数及び組立工数を削減して構成の簡素化を図ると共に、低廉化を図ること。
【解決手段】 ケーシング内の高圧プレナム部１３と流路２２とを接続するリリーフ通路３１が設けられている。このリリーフ通路３１は、ピストン１２の開口２２ａと流路２２とを接続するピストン通路２１より下流側に設けられてあって、一端が高圧プレナム部１３に向けて開口されると共に、他端が流路２２の途中位置に直に開口されている。そして、このリリーフ通路３１の途中位置に第１のオリフィス３２が設けられている。また、前記流路２２においてリリーフ通路３１より下流側に第２のオリフィス３３が設けられている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、サーボピストン機構及び流量調整弁に係り、特に、ピストンを精密制御するためにシリンダ内に供給された流体の漏洩防止を図る技術に関する。

サーボピストン機構は、ピストンの両側に加わる流体圧によって、ピストン及びこれに一体に設けられたスリーブの位置を精密制御することができるため、燃料流量調整弁、精密機器の位置制御等に適用されている。

このようなサーボピストン機構にあっては、ケーシング内の高圧プレナム部内の高圧流体が、ケーシングの内周部とピストンの外周部間の間隙を経由して低圧プレナム部内に漏出するのを防げるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

図３は、そのような従来のサーボピストン機構の一構成例を示している。図３において、符号１はサーボピストン機構であり、そのケーシング１１の内部にはスリーブ１５を一体に設けたピストン１２が摺動可能に取り付けられている。ピストン１２の外周部の中間位置には開口２２ａが設けられ、またスリーブ１５の端部にはケースプレナム部２４と接続する開口２２ｂが設けられ、これら開口２２ａ及び２２ｂを接続する流路２２がピストン１２及びスリーブ１５間に設けられ、さらにその流路２２の途中位置にリリーフ弁としての逆止弁２３が設けられている。

逆止弁２３は、流路２２の途中に介在して、スリーブ１５の端部方向への流体移動を許容する一方、その逆方向の流体移動を防ぐためのものであり、流路２２の内部圧力がケースプレナム部２４側の圧力と同じ圧にまで高まると、流路２２の開放が行われようになっており、弁座２３ａと、該弁座２３ａを開放する開閉弁体２３ｂと、該開閉弁体２３ｂを弁座２３ａに押し付けて、開放時の作動圧力をケースプレナム部２４の圧力（低圧プレナム部１４側より低圧）と関連づけて設定する圧力設定スプリング２３ｃとからなっている。符号２はサーボ圧発生手段、３Ａ、３Ｂはサーボ圧供給路、４は液体供給系、５は流量消費系、６はケース圧設定手段である。

このサーボピストン機構１は、サーボ圧発生手段２により油等の流体がサーボ圧供給路３Ａ、３Ｂを介してケーシング１１の高圧プレナム部１３及び低圧プレナム部１４にそれぞれ送り込まれると、両者１３、１４の差圧に応じてピストン１２の移動量が制御され、それに伴いスリーブ１５がケーシング１１の流出路１７を開閉したりその開度が調整されることで、液体供給系４から流路１６を経て供給された液体の送出流量が調整されるようになっている。

かかるサーボピストン機構１において、高圧プレナム部１３と低圧プレナム部１４との差圧の大きさによっては、高圧プレナム部１３の流体がピストン１２の外周側に流れ出し、ケーシング１１の内周部とピストン１２の外周部との間隙を経由して低圧プレナム部１４に流れ込もうとする。
その際、前記差圧がさほど大きくなく、流路２２の開口２２ａ側の圧力が、低圧プレナム部１４の圧力と同じ圧の場合には、開口２２ａと低圧プレナム部１４との間で流体の移動が発生しないが、高圧プレナム部１３と低圧プレナム部１４との流体の差圧が、予め設定された値以上に大きくなり、流体が流路２２内に流入してその内部圧力が低圧プレナム部１４の圧力と同圧まで上昇すると、逆止弁２３が開放作動することで、流路２２に入り込んだ流体がスリーブ１５の端部における開口２２ｂからケースプレナム部２４に排出され、これによって、ピストン１２にシール手段を設けなくとも高圧プレナム部１３からの高圧流体が低圧プレナム部１４側に漏出するのを防いで、高圧プレナム部１３及び低圧プレナム部１４間のシール性を確保すると共に、ピストン１２の良好な制御を行えるようにしている。
特開平８−１６６０７８号公報（第２−３頁、図１−図２）

上述したように、従来のサーボピストン機構１においては、高圧プレナム部１３の流体が低圧プレナム部１４側に漏出するのを防ぐリリーフ手段として、ピストン１２及びスリーブ１５に設けられた流路２２に逆止弁２３を設けることで、ピストン１２の位置の精密制御を良好なものとしている。
しかしながら、従来のサーボピストン機構１は、逆止弁２３が設けられていると、その構成部品点数が多く、組立工数の増加を招くばかりでなく、逆止弁自体が元々高価であるという問題があり、ひいてはこれを採用した流量調整弁が高騰するなどの問題があった。

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、高圧側の流体が低圧側に漏出するのを防止することができるのは勿論、部品点数及び組立工数を削減して構成の簡素化を図ると共に、低廉化を図ることもできるサーボピストン機構及び流量調整弁を提供することにある。

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、流体が供給されるケーシングと、スリーブが設けられて前記ケーシング内の高圧プレナム部と低圧プレナム部との間に摺動可能に取り付けられたピストンと、該ピストン及び前記スリーブの内部に形成されて前記ピストンの外周部とスリーブの端部との開口を接続する流路の途中位置に設けられ、前記スリーブの端部方向への流体移動を許容する一方、その逆方向の流体移動を防ぐリリーフ手段とを備えたサーボピストン機構において、前記リリーフ手段は、前記高圧プレナム部と前記流路とを接続するリリーフ通路が形成されると共に、該リリーフ通路と、前記流路の前記リリーフ通路より下流側とにオリフィスがそれぞれ設けられて構成することを特徴とする。
請求項２に係る発明は、請求項１記載のサーボピストン機構において、前記リリーフ通路は、前記流路に対し、前記ピストンの開口と前記流路とを接続するピストン通路の下流側に接続されていることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載のサーボピストン機構を備えることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、ケーシングの高圧プレナム部内の高圧流体がリリーフ通路に導かれて第１のオリフィスにより減圧され、減圧された流体が流路内で低圧プレナム部の流体圧と同じ圧まで上昇した時点で、その下流側に設けられた第２のオリフィスを通過することで減圧されて送り出されることにより、高圧流体が高圧プレナム部から低圧プレナム部に漏出するのを防ぐようにしたので、構成部品点数及び組立工数を要する逆止弁が不要になり、簡単に構成することができると共に、簡単な構成であるにも拘わらずリリーフ手段として良好に機能することでピストンの位置を正確に制御することができる結果、高圧側の流体が低圧側に漏出するのを防止することができ、構成の簡素化を図ると共に、低廉化を図ることもできる効果が得られる。

請求項２に係る発明によれば、リリーフ通路が流路に対し、ピストンの開口と流路とを接続するピストン通路より下流側に接続されているので、流路に対しピストンの開口と流路とを接続するピストン通路より下流側に接続されているので、高圧プレナム部に送り込まれた流体が、漏出しようとする程度に高い場合、その流体がリリーフ通路によって優先的に流路に送り出されるので、開口からピストン通路に流れ込むことが少なくなり、そして例えその高圧流体がピストンの開口にまで至ることがあったとしても、リリーフ通路のみならず開口を経るピストン通路との二系統に亘って高圧流体を導き、流路に取り込むので、リリーフ手段として性能がいっそう良好となり、信頼性がより高まる効果が得られる。

請求項３に係る発明によれば、サーボピストン機構が流量調整弁に備えられることで供給すべき液体を精緻に制御することができ、流量調整弁としてより低廉化を図りつつ適切に機能できると共に信頼性を高めることができる効果が得られる。

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及び２はこの発明の第１の実施の形態に係るサーボピストン機構を示す図であって、図１はサーボピストン機構を示すブロック図を併記した断面図、図２はサーボピストン機構に流体を供給するサーボ圧発生手段を示す概略説明図である。
図１に示す実施形態のサーボピストン機構１０は、サーボ圧発生手段２により油等の流体がサーボ圧供給路３Ａ、３Ｂを介してケーシング１１内の高圧プレナム部１３及び低圧プレナム部１４に送り込まれることで、ピストン１２が高圧プレナム部１３及び低圧プレナム部１４間で摺動され、ピストン１２に設けられたスリーブ１５が流路１６と接続される排出通路１７を開閉したりその開度を調節することで、液体消費系５に送り出される液体の送出流量を調整するようになっている。

ケーシング１１の高圧プレナム部１３及び低圧プレナム部１４に流体を供給するサーボ圧発生手段２としては、図２に示すように構成されており、予め選定されたサーボ圧の流体がサーボ圧供給路３Ａ、３Ｂの双方にそれぞれ同圧で送り込まれる。サーボ圧供給路３Ｂ側には、オリフィス４１が設けられると共に、ノズル４２が設けられ、該ノズル４２にノズルフラッパ機構４３が設けられている。

ノズルフラッパ機構４３は、コイル４５を装着したアーマチュア４４と磁石４６とからなるトルクモータ部が設けられ、コイル４５に電流が供給されると、そのコイル４５と磁石４６間に磁界が形成されることでアーマチュア４４にトルクが与えられ、アーマチュア４４に取り付けられたフラッパ４７が支点４８を中心として矢印方向Ａに回動することでノズル４２の開度が調整される。つまり、低圧プレナム部１４内では、オリフィス４１を通過することで減圧された流体が、ノズルフラッパ機構４３の作動によってノズル４２から排出されることでも減圧され、これにより、低圧プレナム部１４内の低圧の流体と高圧プレナム部１３内の高圧流体との差圧の大きさに応じてピストン１２がケーシング１１内で摺動される結果、ピストン１２の作動を精密に行えるようになっている。また、ピストン１２が作動すると、そのピストン１２の変位量が変位計９によって検出され、サーボ圧発生手段２にフィードバックされる。
なお、図２におけるケーシング１１は、概略形状を表した図１のものとは作図上若干異なっているが、機能上では全く同一である。

再び図１に戻って説明すると、ピストン１２の外周部の中間位置には開口２２ａが設けられ、またスリーブ１５の端部にはケースプレナム部２４と連絡する開口２２ｂが設けられ、これら開口２２ａ及び２２ｂを接続する流路２２が、ピストン１２及びスリーブ１５間に形成されている。
そして、この実施形態では、ケーシング１内の高圧プレナム部１３と流路２２とを接続するリリーフ通路３１が設けられている。このリリーフ通路３１は、ピストン１２の開口２２ａと流路２２とを接続するピストン通路２１より下流側に設けられてあって、一端が高圧プレナム部１３に向けて開口されると共に、他端が流路２２の途中位置に直に開口されている。そして、このリリーフ通路３１の途中位置に第１のオリフィス３２が設けられている。また、前記流路２２においてリリーフ通路３１より下流側に第２のオリフィス３３が設けられ、この第２のオリフィス３３と第１のオリフィス３２とリリーフ通路３１とでリリーフ手段が構成されている。

上記オリフィス３２及び３３は、内部圧力を下げるためのものであり、図１では例えばそのリリーフ通路３１及び流路２２内の対向位置に円弧状の突起が設けられ、両突起間を流体が流れることでその上流側より下流側の流体圧を下げるようにしているが、流体圧を下げることができれば他の形状でもよい。但し、このような第１及び第２のオリフィス３２、３３としては、リリーフ通路３１、流路２２の断面積の大きさは勿論の他、高圧プレナム部１３及び低圧プレナム部１４に送り込まれる流体圧の大きさ、及びケースプレナム部２４の圧の大きさ、更には要求される液体消費系への液体の送出流量などによって適宜選定される。

なお、ケース圧検出手段７は、ケース圧設定手段６に接続されてケース圧を検出する。一定圧付加手段８は、ケース圧検出手段７とサーボ圧設定手段６との間に介在して、ケース圧力に予め設定された一定圧を加えるものである。従って、サーボ圧発生手段２は、一定圧付加手段８によって付加された値の圧に基づいたサーボ圧のサーボ流体を、サーボ圧供給路３Ａ、３Ｂに供給するようになっている。これらケース圧検出手段７及び一定圧付加手段８は、適宜付加されるものである。また、図１に示されるケーシング１１は、高圧プレナム部１３及び流路１６間がピストン１２の厚みより薄くなっているが、作図上の都合であり、高圧プレナム部１３内の流体が流路１６側に漏出することはない構成となっている。

この実施形態のサーボピストン機構１０は、上記のように構成されているので、いま、サーボ圧発生手段２により油等の流体がサーボ圧供給路３Ａ、３Ｂを介してケーシング１１内の高圧プレナム部１３及び低圧プレナム部１４に送り込まれると、その差圧に基づいてピストン１２が高圧プレナム部１３及び低圧プレナム部１４間で摺動され、それに伴いスリーブ１５が流路１６と接続される排出通路１７を開閉したりその開度を調節することで、液体消費系５に送り出される液体の流量が調整される。

その場合、高圧プレナム部１３の流体と低圧プレナム部１４の流体とに差圧があると共に、高圧プレナム部１３及び流路２２間にリリーフ通路３１が設けられていることから、リリーフ通路３１に高圧プレナム部１３内の流体が流れ込むが、流れ込んだ流体が第１のオリフィス３２を通過することで減圧される。そして、減圧された流体が流路２２内に流れ込んだとき、該流路内２２の流体圧が低圧プレナム部１４の流体圧と同圧まで上昇すると、その途中位置に設けられた第２のオリフィス３３を通過することで更に減圧され、ケースプレナム部２４に送り出されることとなる。このようなリリーフ通路３１及び流路２２内における二段階の減圧作用は、高圧プレナム部１３と低圧プレナム部１４との差圧の大きさに拘わらず行われることとなる。

即ち、このサーボピストン機構１０は、高圧プレナム部１３内の高圧流体がリリーフ通路３１に導かれて第１のオリフィス３２により減圧され、減圧された流体が流路２２内で低圧プレナム部１４の流体圧と同じ圧まで上昇した時点で、その下流側に設けられた第２のオリフィス３３を通過することで減圧されて送り出されることにより、高圧流体が高圧プレナム部１３から低圧プレナム部１４に漏出するのを防ぐようにしたので、従来技術のように部品点数及び組立工数を要してかつ高価なリリーフ弁を用いることが不要になり、そのため、簡単に構成することができると共に、簡単な構成であるにも拘わらずピストン１２の位置を正確に制御することができる。
従って、この実施形態によれば、高圧側の流体が低圧側に漏出するのを防止することができ、部品点数及び組立工数を削減して構成の簡素化を図ると共に、低廉化を図ることもできる。

また、リリーフ通路３１は、流路２２に対しピストン１２の開口２２ａと流路２２とを接続するピストン通路２１より下流側に接続されているので、高圧プレナム部１３に送り込まれた流体が、漏出しようとする程度に高い場合、その流体がリリーフ通路３１によって優先的に流路２２に送り出されるので、開口２２ａからピストン通路２１に流れ込むことが少なくなる。そして、例えその高圧流体が開口２２ａにまで至ることがあったとしても、リリーフ通路３１のみならず開口２２ａを経るピストン通路２１との二系統に亘って高圧流体を導き、流路２２に取り込むので、リリーフ手段として性能がいっそう良好となり、信頼性がより高まる。

そして、このようなサーボピストン機構１０が流量調整弁に備えられていると、供給すべき流体を精緻に制御することができ、流量調整弁としてより低廉化を図りつつ適切に機能できると共に信頼性を高めることができる。特に、ジェットエンジンの燃料を供給する燃料調整弁にあっては極めて有益となる。
なお、図示実施形態において、サーボピストン機構が液体の送出流量を調整する場合について示したが、液体のみならず、気体であってもよく、従って、流体の供給流量を調整できる種々の流量調整弁に適用しても、同様の作用効果を得ることができる。

この発明の一実施の形態に係るサーボピストン機構を示すブロック図を併記した概略断面図である。 サーボピストン機構に流体を供給するサーボ圧発生手段から供給される流体の制御系を示す説明図である。 従来のサーボピストン機構を示すブロック図を併記した概略断面図である。

符号の説明

１０ サーボピストン機構
１１ ケーシング
１２ ピストン
１３ 高圧プレナム部
１４ 低圧プレナム部
１５ スリーブ
２１ ピストン通路
２２ 流路
２２ａ、２２ｂ 開口
３１ リリーフ通路
３２ 第１のオリフィス
３３ 第２のオリフィス

Claims (3)

1. 流体が供給されるケーシングと、スリーブが設けられて前記ケーシング内の高圧プレナム部及び低圧プレナム部間に摺動可能に取り付けられたピストンと、該ピストン及び前記スリーブの内部に形成されて前記ピストンの外周部と前記スリーブの端部との開口を接続する流路の途中位置に設けられ、前記スリーブの端部方向への流体移動を許容する一方、その逆方向の流体移動を防ぐリリーフ手段とを備えたサーボピストン機構において、
   前記リリーフ手段は、前記高圧プレナム部と前記流路とを接続するリリーフ通路が形成されると共に、該リリーフ通路と、前記流路の前記リリーフ通路より下流側とにオリフィスがそれぞれ設けられて構成されることを特徴とするサーボピストン機構。
2. 請求項１記載のサーボピストン機構において、
   前記リリーフ通路は、前記流路に対し、前記ピストンの開口と前記流路とを接続するピストン通路の下流側に接続されていることを特徴とするサーボピストン機構。
3. 請求項１又は２記載のサーボピストン機構を備えることを特徴とする流量調整弁。
   

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