JP2018004078A - サーボバルブ及び流体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サーボバルブに高い応答速度を与える簡便な技術を提供することを目的とする。【解決手段】サーボバルブ１００は、流体が吐出される吐出口２２１の輪郭を形成する吐出縁２２２と、前記吐出縁に向けて狭まるテーパ内壁２４０と、を含むノズル２００と、前記吐出口から吐出された前記流体が流入する流路が形成されたレシーバ３００と、を備える。前記ノズルは、前記流体を吐出する吐出方向とは異なる方向に変位される。前記流路の延設方向は、前記ノズルに対向する流入面３１０に直交する方向に対して、角度αで傾斜する。前記テーパ内壁によって定められるテーパ角は、前記角度αの２倍よりも大きい。こうした構成により、テーパ内壁が流体から受けるフローフォースの分力が小さくなる。ノズルが素早く変位できるので、アクチュエータの応答速度が向上する。【選択図】図１

Description

本発明は、高い応答性能を有するサーボバルブ及び流体装置に関する。

サーボバルブは、航空機や他の産業分野において、利用されている。特許文献１は、電磁気学的原理に基づいて、ノズルを回転軸を中心に左右に変位させ、レシーバに形成された２つの流入口への作動油の流入量を調整する技術を開示する。

米国特許第２８８４９０７号明細書

サーボバルブの高い応答速度は、サーボバルブを利用した制御の高い正確性に帰結する。したがって、従来から、ノズルを駆動するための機械的及び／又は電気的な機構に様々な改良が加えられてきている。しかしながら、これらの改良の多くは、材料の選択、機械的な強度、制御の複雑性やサーボバルブの製造コストといった様々な課題に直面する。

本発明は、サーボバルブに高い応答速度を与える簡便な技術を提供することを目的とする。

本発明の一局面に係るサーボバルブは、流体を用いてアクチュエータを駆動する。サーボバルブは、前記流体が吐出される吐出口の輪郭を形成する吐出縁と、前記吐出縁に向けて狭まるテーパ内壁と、を含むノズルと、前記吐出口から吐出された前記流体が流入する流路が形成されたレシーバと、を備える。前記ノズルは、前記流体を吐出する吐出方向とは異なる方向に変位される。前記流路の延設方向は、前記ノズルに対向する流入面に直交する方向に対して、角度αで傾斜する。前記テーパ内壁によって定められるテーパ角は、前記角度αの２倍よりも大きい。

上記構成によれば、テーパ内壁によって定められるテーパ角は、角度αの２倍よりも大きいので、ノズルの変位方向におけるテーパ内壁が流体から受ける力（「フローフォース」ともいう。）の分力は小さくなる。ノズルは、流体から影響をほとんど受けることなく、素早く変位することができるので、作動流体の切り替えが素早く行え、その結果、サーボバルブは、高い応答速度で動作し、アクチュエータを素早く駆動することができる。

本発明の他の局面に係るサーボバルブは、流体を用いてアクチュエータを駆動するサーボバルブであって、前記流体が吐出される吐出口の輪郭を形成する吐出縁と、前記吐出縁に向けて狭まるテーパ内壁と、を含むノズルと、前記吐出口から吐出された前記流体の一部が流入する第１流入口及び前記吐出口から吐出された前記流体の他の一部が流入する第２流入口が形成された流入面を含むレシーバと、前記第１流入口及び前記第２流入口が整列する整列線に沿って、前記ノズルを駆動する駆動部と、を備える。前記駆動部は、前記吐出口の中心から前記流体の吐出方向に延びる延長線が前記第１流入口と前記第２流入口との間で前記整列線に交差する中立位置から前記整列線上で変位するように、前記ノズルを駆動する。前記延長線と前記整列線とを包摂する仮想平面及び前記テーパ内壁は、真っ直ぐな第１交線及び真っ直ぐな第２交線を形成する。前記ノズルが前記中立位置にあるとき、前記第１交線の延長線は、前記第１流入口内に延び、且つ、前記第２交線の延長線は、前記第２流入口内に延びる。

上記構成によれば、ノズルが中立位置にあるとき、第１交線の延長線は、第１流入口内に延び、且つ、第２交線の延長線は、第２流入口内に延びるので、テーパ内壁のテーパ角は、大きくなる。したがって、整列線に沿う方向におけるテーパ内壁が流体から受けるフローフォースの分力は小さくなる。ノズルは、流体から影響をほとんど受けることなく、素早く変位することができるので、サーボバルブは、高い応答速度で動作し、アクチュエータを素早く駆動することができる。

本発明の更に他の局面に係る流体装置は、上述のサーボバルブと、前記第１流出口及び前記第２流出口に連通する空房部内で前記流体によって変位される可動片と、を備える。

上記構成によれば、流体装置は、上述のサーボバルブを有するので、高い応答速度で動
作することができる。

上述の技術は、サーボバルブ及び流体装置に高い応答速度を与えることができる。

第１実施形態のサーボバルブの概念図である。 従来のサーボバルブ中の流線データである（第２実施形態）。 図１上で定義された交線に作用する遠心力（フローフォース）を示す図である（第２実施形態）。 図３Ａに示される交線よりも大きな勾配を有する線分に作用する遠心力（フローフォース）を示す図である（第２実施形態）。 第３実施形態のサーボバルブの概念図である。 第４実施形態のサーボバルブの概念図である。 第５実施形態のサーボバルブの概念図である。 第６実施形態のサーボバルブの概念図である。 第７実施形態の流体装置の概略図である。 吐出口周囲の作動流体の圧力分布を表す等高線図である（第８実施形態）。 吐出口周囲の作動流体の圧力分布を表す等高線図である（第８実施形態）。 吐出口周囲の作動流体の圧力分布を表す等高線図である（第８実施形態）。 レシーバに対するノズルの相対位置、ノズルから吐出される作動流体の流量及びノズルが作動流体から受ける力の関係を表すグラフである（テーパ角＝０°）（第８実施形態）。 レシーバに対するノズルの相対位置、ノズルから吐出される作動流体の流量及びノズルが作動流体から受ける力の関係を表すグラフである（テーパ角：小）（第８実施形態）。 レシーバに対するノズルの相対位置、ノズルから吐出される作動流体の流量及びノズルが作動流体から受ける力の関係を表すグラフである（テーパ角：大）（第８実施形態）。 ノズルの吐出口近傍における作動流体の圧力勾配とフローフォースとの関係を説明するための図である。 作動流体の圧力勾配と、流路の傾斜角α及びノズルのテーパ角βとの関係を例示する図である。

＜第１実施形態＞
従来のサーボバルブに関して、ノズルは、回転軸を中心に予め定められた所定角度の範囲内でその先端が双方向に旋回（揺動）運動（以下、「揺振運動」または「揺振」ともいう。）するように設計される。本発明者等は、ノズルから吐出される作動流体が、ノズルの内壁面に与える圧力が左右の揺振運動に対する抗力として作用するという課題を見出した。揺振運動に対する大きな抗力は、作動流体の流れを切り替える動きを阻害することとなり、その結果、サーボバルブ及びサーボバルブに連結されたアクチュエータの応答性能を低下させる。第１実施形態において、ノズルの揺振運動に対する抗力を低減することができる例示的なサーボバルブが説明される。

図１は、第１実施形態のサーボバルブ１００の概念図である。図１を参照して、サーボバルブ１００が説明される。本実施形態において、「上」、「下」、「左」、「右」、「時計回り」、「反時計回り」、「鉛直」や「水平」といった方向を表す用語は、説明の明瞭化のみを目的として用いられる。本実施形態の原理は、これらの方向を表す用語によっては何ら限定されない。

サーボバルブ１００は、ノズル２００と、レシーバ３００と、を備える。ノズル２００は、ノズル２００の上部に規定された回転軸ＲＡＸ周りに時計回り及び反時計回りに揺振することができる。図１に示されるノズル２００は、「中立位置」にある。中立位置において、ノズル２００の中心線は、鉛直線ＶＬに一致する。

ノズル２００は、上面２１０と下面２２０とを含む。下面２２０は、レシーバ３００に対向する。上面２１０は、下面２２０の上方に位置する。上面２１０には、流入口２１１が形成される。流入口２１１は、ポンプや作動流体を供給する他の流体供給源に接続される。作動流体（たとえば、作動油が挙げられるが、これに限られない。以下、単に「流体」ともいう。）は、流入口２１１を通じて、ノズル２００に流入する。

下面２２０（先端面）には、流入口２１１から流入した作動流体が吐出される吐出口２２１が形成される。ノズル２００の中心線は、流入口２１１の中心と吐出口２２１の中心とを通過する直線として定義されてもよい。

下面２２０は、吐出口２２１の輪郭を形成する吐出縁２２２を含む。吐出縁２２２は、円形輪郭を描いてもよいし、非円形の輪郭を描いてもよい。本実施形態の原理は、吐出縁２２２によって描かれる特定の輪郭形状に限定されない。

ノズル２００には、流入口２１１から下方に延び、吐出口２２１に繋がるノズル流路２３０が形成される。ノズル流路２３０は、直管部２３１と、直管部２３１から下方に延びるテーパ管部２３２と、を含む。直管部２３１は、略一定の断面積でノズル２００の中心線に沿って延びる。テーパ管部２３２は、吐出縁２２２に向けて狭まる。作動流体の吐出圧力は、テーパ管部２３２によって高められる。高圧の作動流体は、吐出口２２１から吐出される。ノズル２００が中立位置にあるとき、吐出口２２１からの作動流体の吐出方向は、鉛直線ＶＬの延設方向に略一致する。ノズル２００が時計回りに揺振すると、吐出口２２１からの作動流体の吐出方向は、左下方となる。ノズル２００が反時計回りに揺振すると、吐出口２２１からの作動流体の吐出方向は、右下方となる。本実施形態において、第１方向は、中立位置にあるノズル２００の吐出口２２１からの作動流体の吐出方向によって例示される。

ノズル２００は、テーパ管部２３２の輪郭を形成するテーパ内壁２４０を含む。吐出縁２２２は、テーパ内壁２４０と下面２２０との間の境界に位置する。

レシーバ３００は、ノズル２００の下面２２０に対向する上面３１０を含む。上面３１０には、左流入口３１１及び右流入口３１２が形成される。左流入口３１１は、右流入口３１２の左方に位置する。左流入口３１１及び右流入口３１２の整列方向は、中立位置にあるノズル２００の吐出口２２１から吐出される作動流体の吐出方向に対して略直角である。左流入口３１１及び右流入口３１２の整列方向は、回転軸ＲＡＸ周りのノズル２００の回転に伴う吐出口２２１の移動方向に一致する。本実施形態において、第２方向は、左流入口３１１及び右流入口３１２の整列方向及び／又は回転軸ＲＡＸ周りのノズル２００の回転に伴う吐出口２２１の移動方向によって例示される。

レシーバ３００には、左流路３１３及び右流路３１４が形成される。左流路３１３は、左流入口３１１から左下方に延び、左流出口３１５で終端する。右流路３１４は、右流入口３１２から右下方に延び、右流出口３１６で終端する。左流路３１３は、右流路３１４に対して、鉛直線ＶＬ周りに点対称の関係を有する。左流出口３１５及び右流出口３１６は、レシーバ３００の外面に形成され、スプールバルブ（図示せず）やアクチュエータ（図示せず）に連結される。

ノズル２００が中立位置にあるとき、吐出口２２１から吐出された作動流体は、左流入口３１１と右流入口３１２とに略均等に流入する。本実施形態において、第１流路は、左流路３１３及び右流路３１４のうち一方によって例示される。第２流路は、左流路３１３及び右流路３１４のうち他方によって例示される。第１流入口は、左流入口３１１及び右流入口３１２のうち一方によって例示される。第２流入口は、左流入口３１１及び右流入口３１２のうち他方によって例示される。流入面は、レシーバ３００の上面によって例示される。

図１は、左流路３１３の中心線ＣＬを示す。中心線ＣＬの延設方向は、左流路３１３の延設方向に一致する。図１は、鉛直線ＶＬからの中心線ＣＬの傾斜角α（＜９０°）を更に示す。上述の如く、右流路３１４は、左流路３１３と点対称の関係を有するので、鉛直線ＶＬからの右流路３１４の中心線（図示せず）の傾斜角は、左流路３１３の傾斜角αに一致する。本実施形態において、延長線は、鉛直線ＶＬによって例示される。

図１は、左流入口３１１の中心点ＬＣＰと右流入口３１２の中心点ＲＣＰとを示す。鉛直線ＶＬ及び中心点ＬＣＰ，ＲＣＰが、共通の仮想平面上に位置するように、ノズル２００とレシーバ３００との間の相対的な位置関係は設定される。図１は、共通の仮想平面上でのノズル２００及びレシーバ３００の断面を概念的に表す。本実施形態において、整列線は、中心点ＬＣＰ，ＲＣＰを通過する直線によって例示される。

図１は、上述の仮想平面とテーパ内壁２４０とによって形成される２つの交線ＬＩＳ，ＲＩＳを示す。交線ＬＩＳは、鉛直線ＶＬの左方に形成される。交線ＲＩＳは、鉛直線ＶＬの右方に形成される。２つの交線ＬＩＳ，ＲＩＳは、鉛直線ＶＬ周りに点対称の関係を有する真っ直ぐな線分である。図１は、テーパ管部２３２のテーパ角βを更に示す。テーパ角βは、２つの交線ＬＩＳ，ＲＩＳの延長線の間の挟角（交線ＬＩＳ，ＲＩＳによって定められる交差角）として定義されてもよい。テーパ角βは、以下の式（１）に示される関係が成立するように決定される。以下の式（１）中の「２α」は、左流路３１３と右流路３１４との間の挟角に相当する。本実施形態において、第１交線は、交線ＬＩＳ，ＲＩＳのうち一方によって例示される。第２交線は、交線ＬＩＳ，ＲＩＳのうち他方によって例示される。

＜第２実施形態＞
第１実施形態に関連して説明された角度関係は、ノズルの移動方向の抗力の低減に貢献する。第２実施形態において、抗力の低減原理が説明される。

図２は、従来のサーボバルブ中の流線データを表す。図２を参照して、従来のサーボバルブ内で発生する流線が説明される。

図２は、ノズルＮＺＬと、ノズルＮＺＬの下方に配置されたレシーバＲＣＶと、を示す。図２には、レシーバＲＣＶ中に形成された左流路ＬＦＰ及び右流路ＲＦＰが描かれている。図２には、ノズルＮＺＬのテーパ内壁ＴＩＷ及びテーパ内壁ＴＩＷに囲まれたテーパ流路ＴＦＰが更に描かれている。左流路ＬＦＰ、右流路ＲＦＰ、テーパ流路ＴＦＰ及びノズルＮＺＬとレシーバＲＣＶとの間で水平方向に延びる空隙内に描かれる多数の曲線は、作動流体の流線を表す。

図２は、左流路ＬＦＰと右流路ＲＦＰとの間の分岐点を通過する鉛直線ＶＬを示す。図２に示されるノズルＮＺＬは、中立位置から左方に移動しており、テーパ流路ＴＦＰを通じてノズルＮＺＬから吐出された作動流体は、左流路ＬＦＰに主に流入する。このとき、テーパ流路ＴＦＰから左流路ＬＦＰに向かう作動流体の流線は、左方に湾曲する。左方への流線の湾曲は、テーパ内壁ＴＩＷに対して右方に作用する遠心力の発生を意味する。以下の式（２）は、遠心力によって発生する圧力（左辺）と湾曲した流線の半径との関係とを表す。

図３Ａは、交線ＲＩＳに作用する遠心力ＣＦ１を示す。図３Ｂは、交線ＲＩＳよりも大きな勾配を有する線分ＳＧＬに作用する遠心力ＣＦ２を示す。図１、図３Ａ及び図３Ｂを参照して、テーパ角と遠心力との間の関係が説明される。

上述の如く、ノズル２００が左方へ移動するとき、流線の湾曲によって、遠心力ＣＦ１がテーパ内壁２４０上の交線ＲＩＳに作用する。図３Ａに示される遠心力ＣＦ１のスカラは、図３Ｂに示される遠心力ＣＦ２のスカラと等しい。遠心力ＣＦ１は、交線ＲＩＳに対して直角である。遠心力ＣＦ２は、線分ＳＧＬに対して直角である。

図３Ａは、遠心力ＣＦ１の水平分力ＨＦ１と、遠心力ＣＦ１の垂直分力ＶＦ１と、を示す。水平分力ＨＦ１は、ノズル２００の移動方向（左方）とは反対向きである。したがって、水平分力ＨＦ１は、ノズル２００の左方の移動に対して、抗力として作用する。

図３Ｂは、遠心力ＣＦ２の水平分力ＨＦ２と、遠心力ＣＦ２の垂直分力ＶＦ２と、を示す。水平分力ＨＦ２は、水平分力ＨＦ１よりも大きい。このことは、テーパ角βが大きな値であるならば、ノズル２００の移動方向の抗力が小さくなることを意味する。本発明者等によれば、第１実施形態に関連して説明された不等式によって表される関係が成立するように、テーパ角βが設定されるならば、サーボバルブ１００は、従来のサーボバルブよりも高い応答性能を有することができる。例えば、テーパ角βは、９０°以上に設定されてもよい。

＜第３実施形態＞
ノズルのテーパ角は、レシーバに形成された一対の流入口に基づいて決定されてもよい。第３実施形態において、レシーバに形成された一対の流入口に基づくテーパ角の決定方法が説明される。

図４は、第３実施形態のサーボバルブ１００Ａの概念図である。図４を参照して、サーボバルブ１００Ａが説明される。第１実施形態の説明は、第１実施形態と同一の符号が付された要素に援用される。本実施形態において、「上」、「下」、「左」、「右」、「時計回り」、「反時計回り」、「鉛直」や「水平」といった方向を表す用語は、説明の明瞭化のみを目的として用いられる。本実施形態の原理は、これらの方向を表す用語によっては何ら限定されない。

第１実施形態と同様に、サーボバルブ１００Ａは、ノズル２００と、レシーバ３００と、を備える。第１実施形態の説明は、これらの要素に援用される。

サーボバルブ１００Ａは、駆動部４００を更に備える。駆動部４００は、回転軸ＲＡＸ周りに、ノズル２００を揺振させる。駆動部４００は、電磁力を用いて、ノズル２００に回転力を与える一般的なトルクモータであってもよいし、他の駆動装置であってもよい。本実施形態の原理は、駆動部４００として用いられる特定の装置に限定されない。

図４に示されるノズル２００は、中立位置にある。図４は、中立位置にあるノズル２００の中心線とレシーバ３００の上面３１０との間の交点ＩＳＰを示す。交点ＩＳＰは、左流入口３１１の中心点ＬＣＰと右流入口３１２の中心点ＲＣＰとを通過する直線上に位置する。

ノズル２００が、駆動部４００によって、中立位置から時計回りに揺振されると、吐出口２２１は、左方に移動する。この間、交点ＩＳＰは、左流入口３１１の中心点ＬＣＰと右流入口３１２の中心点ＲＣＰとを通過する直線に沿って移動し、左流入口３１１の中心点ＬＣＰに近づく。この結果、作動流体は、左流入口３１１に主に流入する。第２実施形態に関連して説明された如く、作動流体が、左流入口３１１に主に流入している間、交線ＲＩＳ上に作用する作動流体の遠心力の水平分力は、交線ＬＩＳに作用する作動流体の遠心力の水平分力よりも大きくなる。

ノズル２００が、駆動部４００によって、中立位置から反時計回りに揺振されると、吐出口２２１は、右方に移動する。この間、交点ＩＳＰは、左流入口３１１の中心点ＬＣＰと右流入口３１２の中心点ＲＣＰとを通過する直線に沿って移動し、右流入口３１２の中心点ＲＣＰに近づく。この結果、作動流体は、右流入口３１２に主に流入する。第２実施形態に関連して説明された如く、作動流体が、右流入口３１２に主に流入している間、交線ＬＩＳ上に作用する作動流体の遠心力の水平分力は、交線ＲＩＳに作用する作動流体の遠心力の水平分力よりも大きくなる。本実施形態において、フローフォースは、作動流体の遠心力の水平分力によって例示される。

図４は、交線ＬＩＳ，ＲＩＳの下端からレシーバ３００に向けて延びる延長線ＬＥＸ，ＲＥＸを示す。延長線ＬＥＸが、右流入口３１２内に延び、且つ、延長線ＲＥＸが、左流入口３１１内に延びるように、テーパ角βが決定されてもよい。テーパ角βは、従来のノズルのテーパ角よりも大きくなるので、従来のノズルと比べて、交線ＬＩＳ，ＲＩＳに加わる水平分力は小さくなる。

＜第４実施形態＞
上述の実施形態に関して、テーパ管部の形状は、真っ直ぐな母線を有する円錐台である。代替的に、テーパ管部の形状は、球状或いは楕円球であってもよい。この場合、テーパ内壁は、左流入口の中心、右流入口の中心及び吐出口の中心を包摂する仮想平面上で湾曲した輪郭を描く。第３実施形態に関連して説明された設計原理は、仮想平面上で湾曲した輪郭を描くテーパ内壁を有するノズルに対しても適用可能である。第４実施形態において、仮想平面上で湾曲した輪郭を描くテーパ内壁を有するノズルを備える例示的なサーボバルブが説明される。

図５は、第４実施形態のサーボバルブ１００Ｂの概念図である。図５を参照して、サーボバルブ１００Ｂが説明される。第３実施形態の説明は、第３実施形態と同一の符号が付された要素に援用される。本実施形態において、「上」、「下」、「左」、「右」、「時計回り」、「反時計回り」、「鉛直」や「水平」といった方向を表す用語は、説明の明瞭化のみを目的として用いられる。本実施形態の原理は、これらの方向を表す用語によっては何ら限定されない。

第３実施形態と同様に、サーボバルブ１００Ｂは、レシーバ３００と、駆動部４００と、を備える。第３実施形態の説明は、これらの要素に援用される。

サーボバルブ１００Ｂは、ノズル２００Ｂを更に備える。第３実施形態と同様に、ノズル２００Ｂは、上面２１０と下面２２０とを含む。第３実施形態の説明は、これらの要素に援用される。

ノズル２００Ｂ内には、ノズル流路２３０Ｂが形成される。ノズル流路２３０Ｂは、上面２１０に形成された流入口２１１から下方に延び、下面２２０に形成された吐出口２２１に繋がる。第３実施形態と同様に、ノズル流路２３０Ｂは、直管部２３１を含む。第３実施形態の説明は、直管部２３１に援用される。

ノズル流路２３０Ｂは、テーパ管部２３２Ｂを更に含む。テーパ管部２３２Ｂは、直管部２３１から下方に延び、吐出口２２１で開口する。テーパ管部２３２Ｂは、吐出口２２１に向けて狭まる半楕円球状である。作動流体の吐出圧力は、テーパ管部２３２Ｂによって高められる。高圧の作動流体は、吐出口２２１から吐出される。ノズル２００Ｂが中立位置にあるとき、吐出口２２１からの作動流体の吐出方向は、鉛直線ＶＬに略一致する。ノズル２００Ｂが時計回りに揺振すると、吐出口２２１からの作動流体の吐出方向は、左下方となる。ノズル２００Ｂが反時計回りに揺振すると、吐出口２２１からの作動流体の吐出方向は、右下方となる。

ノズル２００Ｂは、テーパ管部２３２Ｂの輪郭を形成するテーパ内壁２４０Ｂを含む。吐出縁２２２は、テーパ内壁２４０Ｂと下面２２０との間の境界に位置する。

図５は、左流入口３１１の中心点ＬＣＰと右流入口３１２の中心点ＲＣＰとを示す。鉛直線ＶＬ及び中心点ＬＣＰ，ＲＣＰが、共通の仮想平面上に位置するように、ノズル２００Ｂとレシーバ３００との間の相対的な位置関係は設定される。図５は、共通の仮想平面上でのノズル２００Ｂ及びレシーバ３００の断面を概念的に表す。

図５は、上述の仮想平面とテーパ内壁２４０Ｂとによって形成される２つの交線ＬＩＣ，ＲＩＣを示す。交線ＬＩＣは、鉛直線ＶＬの左方に形成される。交線ＲＩＣは、鉛直線ＶＬの右方に形成される。２つの交線ＬＩＣ，ＲＩＣは、鉛直線ＶＬ周りに点対称の関係を有する曲線である。本実施形態において、第１交線は、交線ＬＩＣ，ＲＩＣのうち一方によって例示される。第２交線は、交線ＬＩＣ，ＲＩＣのうち他方によって例示される。

図５は、交線ＬＩＣ，ＲＩＣに対する接線ＬＴＧ，ＲＴＧを示す。接線ＬＴＧは、交線ＬＩＣの上端（すなわち、テーパ管部２３２と直管部２３１との間の境界に位置する端部）と、交線ＬＩＣの下端に相当する吐出縁２２２と、の間の中点において、交線ＬＩＣに接する。接線ＲＴＧは、交線ＲＩＣの上端（すなわち、テーパ管部２３２と直管部２３１との間の境界に位置する端部）と、交線ＲＩＣの下端に相当する吐出縁２２２と、の間の中点において、交線ＲＩＣに接する。テーパ角βは、接線ＬＴＧ，ＲＴＧの交差角として定義されてもよい。

ノズル２００Ｂが中立位置にあるとき、接線ＬＴＧが、右流入口３１２内に延び、且つ、接線ＲＴＧが、左流入口３１１内に延びるように、テーパ角βが決定されてもよい。テーパ角βは、従来のノズルのテーパ角よりも大きくなるので、従来のノズルと比べて、交線ＬＩＣ，ＲＩＣに加わる水平分力は小さくなる。

＜第５実施形態＞
上述の実施形態に関して、テーパ管部は、ノズルの下端に形成されている。しかしながら、テーパ管部は、他の位置に形成されてもよい。第５実施形態において、テーパ管部の下に直管部が形成されたノズルを備える例示的なサーボバルブが説明される。

図６は、第５実施形態のサーボバルブ１００Ｃの概念図である。図６を参照して、サーボバルブ１００Ｃが説明される。上述の実施形態の説明は、上述の実施形態と同一の符号が付された要素に援用される。本実施形態において、「上」、「下」、「左」、「右」、「時計回り」、「反時計回り」、「鉛直」や「水平」といった方向を表す用語は、説明の明瞭化のみを目的として用いられる。本実施形態の原理は、これらの方向を表す用語によっては何ら限定されない。

第４実施形態と同様に、サーボバルブ１００Ｃは、レシーバ３００と、駆動部４００と、を備える。第４実施形態の説明は、これらの要素に援用される。

サーボバルブ１００Ｃは、ノズル２００Ｃを更に備える。第４実施形態と同様に、ノズル２００Ｃは、上面２１０と下面２２０とを含む。第４実施形態の説明は、これらの要素に援用される。

ノズル２００Ｃ内には、ノズル流路２３０Ｃが形成される。ノズル流路２３０Ｃは、上面２１０に形成された流入口２１１から下方に延び、下面２２０に形成された吐出口２２１に繋がる。第４実施形態と同様に、ノズル流路２３０Ｃは、直管部２３１を含む。第４実施形態の説明は、直管部２３１に援用される。

ノズル流路２３０Ｃは、テーパ管部２３２Ｃと、下管部２３３と、を更に含む。テーパ管部２３２Ｃは、直管部２３１から下方に狭まり、下管部２３３へ繋がる。下管部２３３は、テーパ管部２３２Ｃから下方に延び、吐出口２２１で開口する。テーパ管部２３２Ｃとは異なり、下管部２３３は、直管である。作動流体の吐出圧力は、テーパ管部２３２Ｃによって高められる。作動流体は、その後、下管部２３３で若干整流され、吐出口２２１から吐出される。ノズル２００Ｃが中立位置にあるとき、吐出口２２１からの作動流体の吐出方向は、鉛直線ＶＬに略一致する。ノズル２００Ｃが時計回りに揺振すると、吐出口２２１からの作動流体の吐出方向は、左下方となる。ノズル２００Ｃが反時計回りに揺振すると、吐出口２２１からの作動流体の吐出方向は、右下方となる。

ノズル２００Ｃは、テーパ内壁２４０Ｃと下管壁２５０とを含む。テーパ内壁２４０Ｃは、テーパ管部２３２Ｃの輪郭を形成する。下管壁２５０は、テーパ内壁２４０Ｃから下方に延び、吐出縁２２２で終端する。下管壁２５０は、下管部２３３の輪郭を形成する。

図６は、左流入口３１１の中心点ＬＣＰと右流入口３１２の中心点ＲＣＰとを示す。鉛直線ＶＬ及び中心点ＬＣＰ，ＲＣＰが、共通の仮想平面上に位置するように、ノズル２００Ｃとレシーバ３００との間の相対的な位置関係は設定される。図６は、共通の仮想平面上でのノズル２００Ｃ及びレシーバ３００の断面を概念的に表す。

図６は、上述の仮想平面とテーパ内壁２４０Ｃとによって形成される２つの交線ＬＩＳ，ＲＩＳを示す。交線ＬＩＳは、鉛直線ＶＬの左方に形成される。交線ＲＩＳは、鉛直線ＶＬの右方に形成される。２つの交線ＬＩＳ，ＲＩＳは、鉛直線ＶＬ周りに点対称の関係を有する曲線である。

図４は、交線ＬＩＳ，ＲＩＳの下端からレシーバ３００に向けて延びる延長線ＬＥＸ，ＲＥＸを示す。延長線ＬＥＸが、右流入口３１２内に延び、且つ、延長線ＲＥＸが、左流入口３１１内に延びるように、テーパ角βが決定されてもよい。テーパ角βは、従来のノズルのテーパ角よりも大きくなるので、従来のノズルと比べて、交線ＬＩＳ，ＲＩＳに加わる水平分力は小さくなる。

ノズル２００Ｃの移動方向とは反対向きの力が、下管壁２５０に作用する。したがって、下管部２３３の軸長寸法は、ノズル２００Ｃの移動方向とは反対向きの力が過度に大きくならないように決定される。下管部２３３の軸長寸法は、テーパ管部２３２Ｃよりも短くてもよい。

＜第６実施形態＞
上述の実施形態の実施形態の設計原理の下では、吐出口の周囲において、作動流体に対して、過度に高い抵抗が加わることもある。第６実施形態において、吐出口周囲において、抵抗を低減する管路構造を有するノズルを備える例示的なサーボバルブが説明される。

図７は、第６実施形態のサーボバルブ１００Ｄの概念図である。図７を参照して、サーボバルブ１００Ｄが説明される。上述の実施形態の説明は、上述の実施形態と同一の符号が付された要素に援用される。本実施形態において、「上」、「下」、「左」、「右」、「時計回り」、「反時計回り」、「鉛直」や「水平」といった方向を表す用語は、説明の明瞭化のみを目的として用いられる。本実施形態の原理は、これらの方向を表す用語によっては何ら限定されない。

第５実施形態と同様に、サーボバルブ１００Ｄは、レシーバ３００と、駆動部４００と、を備える。第５実施形態の説明は、これらの要素に援用される。

サーボバルブ１００Ｄは、ノズル２００Ｄを更に備える。第５実施形態と同様に、ノズル２００Ｄは、上面２１０と下面２２０とを含む。第５実施形態の説明は、これらの要素に援用される。

ノズル２００Ｄ内には、ノズル流路２３０Ｄが形成される。ノズル流路２３０Ｄは、上面２１０に形成された流入口２１１から下方に延び、下面２２０に形成された吐出口２２１に繋がる。第５実施形態と同様に、ノズル流路２３０Ｄは、直管部２３１とテーパ管部２３２Ｃとを含む。第５実施形態の説明は、これらの要素に援用される。

ノズル流路２３０Ｄは、下管部２３３Ｄを更に含む。下管部２３３Ｄは、吐出口２２１から上方に狭まり、テーパ管部２３２Ｃの下端に繋がる。第５実施形態とは異なり、下管部２３３Ｄの断面は、下方に向けて大きくなる。したがって、吐出口２２１の周囲において、作動流体に作用する抵抗は、過度に大きくならない。

ノズル２００Ｄは、下管壁２５０Ｄを含む。テーパ内壁２４０Ｃは、テーパ管部２３２Ｃの輪郭を形成する。下管壁２５０Ｄは、テーパ内壁２４０Ｃから下方に延び、吐出縁２２２で終端する。下管壁２５０Ｄは、下管部２３３Ｄの輪郭を形成する。

ノズル２００Ｄの移動方向とは反対向きの力が、下管壁２５０Ｄに作用する。したがって、下管部２３３Ｄの軸長寸法は、ノズル２００Ｄの移動方向とは反対向きの力が過度に大きくならないように決定される。下管部２３３Ｄの軸長寸法は、テーパ管部２３２Ｃよりも短くてもよい。

＜第７実施形態＞
上述の実施形態に関連して説明されたサーボバルブは、作動流体によって駆動される様々な流体装置に組み込まれ得る。第７実施形態において、例示的な流体装置が説明される。

図８は、第７実施形態の流体装置５００の概略図である。図４及び図８を参照して、流体装置５００が説明される。第３実施形態の説明は、第３実施形態と同一の符号が付された要素に援用される。

流体装置５００は、サーボバルブ１００Ｅと、アクチュエータ６００と、２つのポンプ５１０，５２０と、タンク５３０と、を備える。第３実施形態と同様に、サーボバルブ１００Ｅは、レシーバ３００を含む。第３実施形態の説明は、レシーバ３００に援用される。レシーバ３００に形成された左流路３１３及び右流路３１４の傾斜角は、上述の実施形態に関連して説明された設計原理に基づき決定される。

サーボバルブ１００Ｅは、トルクモータ４００Ｅを含む。トルクモータ４００Ｅは、図４を参照して説明された駆動部４００に対応する。駆動部４００に関する説明は、トルクモータ４００Ｅに援用される。

トルクモータ４００Ｅは、下コイル４１１と、上コイル４１２と、下磁極片４２１と、上磁極片４２２と、磁性ロッド４３０と、を含む。上コイル４１２は、下コイル４１１の上方に配置される。下磁極片４２１は、略円筒状に形成されてもよい。下コイル４１１は、下磁極片４２１内に収容される。下磁極片４２１と同様に、上磁極片４２２は、略円筒状に形成されてもよい。上コイル４１２は、上磁極片４２２内に配置される。上磁極片４２２の下縁は、下磁極片４２１の上縁に対向する。磁性ロッド４３０は、略水平に延びる。磁性ロッド４３０の左端及び右端は、下磁極片４２１の上縁と上磁極片４２２の下縁との間の空隙内に位置する。

下コイル４１１及び上コイル４１２には、電流が供給される。この結果、下磁極片４２１及び上磁極片４２２は、磁石として機能する。磁性ロッド４３０の右端が、下磁極片４２１に引きつけられる一方で、磁性ロッド４３０の左端が、上磁極片４２２に引きつけられるように、電流が、下コイル４１１及び上コイル４１２に供給されると、磁性ロッド４３０は、時計回りに回転する。磁性ロッド４３０の左端が、下磁極片４２１に引きつけられる一方で、磁性ロッド４３０の右端が、上磁極片４２２に引きつけられるように、電流が、下コイル４１１及び上コイル４１２に供給されると、磁性ロッド４３０は、反時計回りに回転する。

サーボバルブ１００Ｅは、ノズル部２００Ｅを含む。ノズル部２００Ｅは、図４を参照して説明されたノズル２００に相当する。ノズル２００に関する説明は、ノズル部２００Ｅに援用されてもよい。

ノズル部２００Ｅは、ノズル片２６０と、フレキシブルチューブ２７０と、連結シャフト２８０と、を含む。フレキシブルチューブ２７０は、鉛直に延び、トルクモータ４００Ｅを貫通する。ノズル片２６０は、フレキシブルチューブ２７０の下端に取り付けられる。高圧の作動流体は、フレキシブルチューブ２７０に供給される。作動流体は、フレキシブルチューブ２７０によって案内され、ノズル片２６０に到達する。

ノズル片２６０は、レシーバ３００の上面３１０に対向する下面２６１を含む。下面２６１には、吐出口２６２が形成される。吐出口２６２へ向けて延びるテーパ管部のテーパ角は、第３実施形態に関連して説明された設計原理に基づいて決定される。ノズル片２６０に供給された高圧の作動流体は、吐出口２６２から吐出される。その後、作動流体は、レシーバ３００に流入する。

連結シャフト２８０は、フレキシブルチューブ２７０を、磁性ロッド４３０の中間部に連結する。フレキシブルチューブ２７０及びノズル片２６０は、時計回り及び反時計回りの磁性ロッド４３０の回転に応じて、左右に往復移動することができる。

磁性ロッド４３０が連結シャフト２８０周りに時計回りの回転をすると、ノズル片２６０の吐出口２６２は、左流入口３１１の中心点ＬＣＰと右流入口３１２の中心点ＲＣＰを結ぶ直線に沿って左方に移動する。ノズル片２６０の内壁部のテーパ角は、第３実施形態に関連して説明された設計原理に基づいて決定されているので、作動流体がノズル片２６０の内壁に与える右向きの力は小さい。したがって、ノズル片２６０は、左方へ素早く移動することができる。ノズル片２６０が左方へ移動すると、吐出口２６２と左流入口３１１との間の重畳面積は増加する一方で、吐出口２６２と右流入口３１２との間の重畳面積は減少する。この場合、レシーバ３００内に形成された左流路３１３への作動流体の流入量は、右流路３１４へ流入する作動流体の流量を上回る。

磁性ロッド４３０が連結シャフト２８０周りに反時計回りの回転をすると、ノズル片２６０の吐出口２６２は、左流入口３１１の中心点ＬＣＰと右流入口３１２の中心点ＲＣＰを結ぶ直線に沿って右方に移動する。ノズル片２６０の内壁部のテーパ角は、第３実施形態に関連して説明された設計原理に基づいて決定されているので、作動流体がノズル片２６０の内壁に与える左向きの力は小さい。したがって、ノズル片２６０は、右方へ素早く移動することができる。ノズル片２６０が右方へ移動すると、吐出口２６２と右流入口３１２との間の重畳面積は増加する一方で、吐出口２６２と左流入口３１１との間の重畳面積は減少する。この場合、レシーバ３００内に形成された右流路３１４への作動流体の流入量は、左流路３１３へ流入する作動流体の流量を上回る。

サーボバルブ１００Ｅは、スプールバルブ７００を含む。スプールバルブ７００は、筐体７１０と、スプール７２０と、カンチレバースプリング７３０と、を含む。スプール７２０は、筐体７１０内に配置される。この結果、筐体７１０内に、作動流体が流動する流動経路が形成される。カンチレバースプリング７３０は、筐体７１０とスプール７２０とを連結する。カンチレバースプリング７３０は、スプール７２０を閉止位置に留まらせようとする力をスプール７２０に加える。スプール７２０が閉止位置にあるとき、スプールバルブ７００は、ポンプ５１０，５２０からアクチュエータ６００への作動流体の供給経路を遮断する。スプール７２０が閉止位置から左方或いは右方へ移動すると、スプールバルブ７００は、ポンプ５１０，５２０からアクチュエータ６００への作動流体の供給経路を開く。

筐体７１０には、７つのポート７１１〜７１７が形成される。ポート７１１は、レシーバ３００の左流出口３１５に流体流通可能に接続される。ポート７１２は、レシーバ３００の右流出口３１６に流体流通可能に接続される。ポンプ５１０，５２０は、ポート７１３，７１４にそれぞれ取り付けられる。ポート７１５，７１６は、アクチュエータ６００に流体流通可能に接続される。タンク５３０は、ポート７１７に取り付けられる。

スプール７２０は、４つの隔壁７２１，７２２，７２３，７２４と、これらの隔壁７２１，７２２，７２３，７２４を連結する連結シャフト７２５と、を含む。連結シャフト７２５は、略水平に延びる。隔壁７２１は、連結シャフト７２５の左端に形成される。隔壁７２２は、連結シャフト７２５の右端に形成される。隔壁７２３は、隔壁７２１，７２２の間に位置する。隔壁７２４は、隔壁７２２，７２３の間に位置する。

隔壁７２１，７２２，７２３，７２４は、筐体７１０の内部空間を５つのチャンバ７４１，７４２，７４３，７４４，７４５に仕切る。チャンバ７４１は、最も左に形成される。チャンバ７４２は、最も右に形成される。チャンバ７４３は、隔壁７２１，７２３間に形成される。チャンバ７４４は、隔壁７２２，７２４間に形成される。チャンバ７４５は、隔壁７２３，７２４間に形成される。

ノズル片２６０が左方に移動すると、作動流体は、ノズル片２６０の吐出口２６２からレシーバ３００の左流入口３１１に主に流入する。左流入口３１１に流入した作動流体は、その後、レシーバ３００の左流路３１３、レシーバ３００の左流出口３１５及びスプールバルブ７００のポート７１１を通じて、チャンバ７４１に流入する。この結果、チャンバ７４１の内圧は増加し、スプール７２０は、閉止位置から右方に移動する。この間、チャンバ７４２内に存在していた作動流体は、スプールバルブ７００のポート７１２、レシーバ３００の右流出口３１６及びレシーバ３００の右流路３１４を通じて、右流入口３１２から噴出される。その後、ノズル片２６０が中立位置に復帰すると、ノズル片２６０の吐出口２６２から吐出された作動流体は、レシーバ３００の左流入口３１１と右流入口３１２とに略均等に流入する。この間、スプール７２０に左方に作用する力は、スプール７２０に右方に作用する力よりもカンチレバースプリング７３０の復元力の分だけ大きくなる。したがって、スプール７２０は、左方へ移動し、閉止位置に復帰する。

ノズル片２６０が右方に移動すると、作動流体は、ノズル片２６０の吐出口２６２からレシーバ３００の右流入口３１２に主に流入する。右流入口３１２に流入した作動流体は、その後、レシーバ３００の右流路３１４、レシーバ３００の右流出口３１６及びスプールバルブ７００のポート７１２を通じて、チャンバ７４２に流入する。この結果、チャンバ７４２の内圧は増加し、スプール７２０は、閉止位置から左方に移動する。この間、チャンバ７４１内に存在していた作動流体は、スプールバルブ７００のポート７１１、レシーバ３００の左流出口３１５及びレシーバ３００の左流路３１３を通じて、左流入口３１１から噴出される。その後、ノズル片２６０が中立位置に復帰すると、ノズル片２６０の吐出口２６２から吐出された作動流体は、レシーバ３００の左流入口３１１と右流入口３１２とに略均等に流入する。この間、スプール７２０に右方に作用する力は、スプール７２０に左方に作用する力よりもカンチレバースプリング７３０の復元力の分だけ大きくなる。したがって、スプール７２０は、右方へ移動し、閉止位置に復帰する。

スプール７２０が閉止位置にあるとき、隔壁７２３は、ポート７１５を閉じる。このとき、隔壁７２４は、ポート７１６を閉じる。ポンプ５１０は、ポート７１３を通じて、高圧の作動流体をチャンバ７４３に供給する。ポンプ５２０は、ポート７１４を通じて、高圧の作動流体をチャンバ７４４へ供給する。スプール７２０が閉止位置から右方に移動すると、チャンバ７４３からアクチュエータ６００への作動流体の供給経路及びアクチュエータ６００からチャンバ７４５への作動流体の排出経路が開かれる。スプール７２０が閉止位置から左方に移動すると、チャンバ７４４からアクチュエータ６００への作動流体の供給経路及びアクチュエータ６００からチャンバ７４５への作動流体の排出経路が開かれる。したがって、ポート７１５，７１６からアクチュエータ６００への作動流体の流出量は、ノズル片２６０の左右の移動によって調整される。本実施形態において、第１流出口は、ポート７１５，７１６のうち一方によって例示される。第２流出口は、ポート７１５，７１６のうち他方によって例示される。

アクチュエータ６００は、筐体６１０と、可動片６２０と、を含む。筐体６１０には、２つのポート６１１，６１２が形成される。アクチュエータ６００のポート６１１は、スプールバルブ７００のポート７１５に流体流通可能に接続される。アクチュエータ６００のポート６１２は、スプールバルブ７００のポート７１６に流体流通可能に接続される。

可動片６２０は、隔壁６２１と、ロッド６２２と、を含む。隔壁６２１は、筐体６１０の内部空間を左チャンバ６３１と右チャンバ６３２とに仕切る。ポート６１１は、左チャンバ６３１に繋がる。ポート６１２は、右チャンバ６３２に繋がる。ロッド６２２は、隔壁６２１から右方に延び、筐体６１０の外に突出する。ロッド６２２は、筐体６１０の外に配置された他の外部装置（図示せず）に接続される。本実施形態において、空房部は、筐体６１０の内部空間によって例示される。

スプール７２０が、閉止位置から右方に移動すると、ポンプ５１０からポート７１３を通じてチャンバ７４３に供給された作動流体は、ポート７１５，６１１を通じて、左チャンバ６３１に流入する。左チャンバ６３１の内圧は増加するので、可動片６２０は右方に移動する。この間、右チャンバ６３２は、ポート６１２，７１６を介して、チャンバ７４５に連通する。右チャンバ６３２内に存在していた作動流体は、右方に移動する可動片６２０によって、右チャンバ６３２から押し出され、チャンバ７４５に流入する。チャンバ７４５に流入した作動流体は、その後、タンク５３０に貯留される。

スプール７２０が、閉止位置から左方に移動すると、ポンプ５２０からポート７１４を通じてチャンバ７４４に供給された作動流体は、ポート７１６，６１２を通じて、右チャンバ６３２に流入する。右チャンバ６３２の内圧は増加するので、可動片６２０は左方に移動する。この間、左チャンバ６３１は、ポート６１１，７１５を介して、チャンバ７４５に連通する。左チャンバ６３１内に存在していた作動流体は、左方に移動する可動片６２０によって、左チャンバ６３１から押し出され、チャンバ７４５に流入する。チャンバ７４５に流入した作動流体は、その後、タンク５３０に貯留される。

図８において、レシーバ３００は、スプールバルブ７００の筐体７１０とは別体に描かれている。しかしながら、レシーバ３００は、スプールバルブ７００の筐体７１０と一体的に形成されてもよい。

本実施形態において、カンチレバースプリング７３０は、スプール７２０と筐体７１０とに連結されている。カンチレバースプリング７３０に代えて、スプール７２０とノズル部２００Ｅとを連結する弾性部材が用いられてもよい。

本実施形態において、アクチュエータ６００は、スプールバルブ７００に連結されている。しかしながら、アクチュエータ６００は、レシーバ３００に直接的に連結されてもよい。

＜第８実施形態＞
本発明者等は、テーパ角において異なる複数のモデルを用いて、テーパ角とノズル内の圧力分布との間の関係を解析した。第８実施形態において、解析結果が説明される。

図９Ａ乃至図９Ｃは、吐出口周囲の作動流体の圧力分布を表す等高線図である。図９Ａ乃至図９Ｃを参照して、テーパ角とノズル内の圧力分布との間の関係が説明される。

図９Ａは、ノズル２０１と、レシーバ３０１と、を示す。ノズル２０１には、ノズル流路２０２が形成されている。レシーバ３０１には、左流路３０２及び右流路３０３が形成されている。ノズル２０１の下面とレシーバ３０１の上面との間には、間隙２０３が形成されている。ノズル２０１のテーパ角βは、「０°」である。ノズル２０１は、中立位置から右方に移動している。

図９Ａは、ノズル流路２０２、間隙２０３、左流路３０２及び右流路３０３内の圧力分布を表す複数の等高線を示す。図９Ａに示される如く、圧力分布中において最も高い圧力Ｐｍａｘを表す領域は、ノズル流路２０２の上部に表される。圧力分布中において最も高い圧力Ｐｍｉｎを表す領域は、間隙２０３の左側部分に現れる。

１つの等高線が、吐出口付近のノズル流路２０２の領域を鉛直方向に延びている。当該等高線の左側の領域は、圧力Ｐ１の領域である。当該等高線の右側の領域は、圧力Ｐ１より小さな圧力Ｐ２の領域である。圧力Ｐ１の領域の上の領域は、圧力Ｐ１より大きな圧力Ｐ３の領域である。圧力Ｐ３の領域は、水平に延びる等高線によって、圧力Ｐ１の領域から仕切られる。図９Ａに示される如く、ノズル流路２０２を形成する内壁の左部分は、高い圧力Ｐ１に曝されるのに対して、ノズル流路２０２を形成する内壁の右部分は、低い圧力Ｐ２に曝される。したがって、ノズル２０１は、左方に作用する力を作動流体から受ける。ノズル２０１が作動流体から受ける力は、ノズル２０１の移動方向（すなわち、右方）とは反対向きであるので、ノズル２０１の応答性は悪い。

図９Ａと同様に、図９Ｂは、レシーバ３０１を示す。図９Ｂは、ノズル２０４を更に示す。ノズル２０４には、ノズル流路２０５が形成されている。ノズル２０４の下面とレシーバ３０１の上面との間には、間隙２０６が形成されている。ノズル２０４のテーパ角βは、「β１（＞０°）」である。レシーバ３０１に対するノズル２０４の相対位置は、ノズル２０１と同じである。

圧力Ｐｍａｘ，Ｐｍｉｎは、図９Ａと略同様の位置に現れる。圧力Ｐ１，Ｐ３間の境界を表す略水平な等高線は、吐出口に近づく。このことは、ノズル流路２０５の左部分の圧力とノズル流路２０５の右部分の圧力との差は、ノズル流路２０２内の圧力の左右バランスと比べて小さいことを意味する。したがって、ノズル２０４は、ノズル２０１よりも高い応答性を有する。しかしながら、ノズル流路２０５を形成する内壁の左部分は、ノズル流路２０５を形成する内壁の右部分よりも高い圧力に曝されているので、ノズル２０４の右方への変位は、作動流体の圧力によって若干阻害される。

図９Ａと同様に、図９Ｃは、レシーバ３０１を示す。図９Ｂは、ノズル２０７を更に示す。ノズル２０７には、ノズル流路２０８が形成されている。ノズル２０７の下面とレシーバ３０１の上面との間には、間隙２０９が形成されている。ノズル２０７のテーパ角βは、「β２（＞β１）」である。レシーバ３０１に対するノズル２０７の相対位置は、ノズル２０１と同じである。

圧力Ｐｍａｘ，Ｐｍｉｎは、図９Ａと略同様の位置に現れる。圧力Ｐ１，Ｐ３間の境界を表す等高線は、図９Ｂの等高線と比べて、水平に更に近づく。したがって、ノズル２０７は、ノズル２０４よりも高い応答性を有する。ノズル流路２０５を形成する内壁の左部分が曝される圧力は、ノズル流路２０５を形成する内壁の右部分が曝される圧力に略等しいので、作動流体の圧力は、ノズル２０４の右方への変位をほとんど阻害しない。

図１０Ａは、レシーバ３０１に対するノズル２０１の相対位置、ノズル２０１から吐出される作動流体の流量及びノズル２０１が作動流体から受ける力の関係を表すグラフである。図１０Ｂは、レシーバ３０１に対するノズル２０４の相対位置、ノズル２０４から吐出される作動流体の流量及びノズル２０４が作動流体から受ける力の関係を表すグラフである。図１０Ｃは、レシーバ３０１に対するノズル２０７の相対位置、ノズル２０７から吐出される作動流体の流量及びノズル２０７が作動流体から受ける力の関係を表すグラフである。図３Ａ、図３Ｂ、図９乃至図１０Ｃを参照して、テーパ角βとノズル２０１，２０４，２０７内の圧力との間の関係が説明される。

図１０Ａ，図１０Ｂ及び図１０Ｃのグラフの横軸は、レシーバ３０１に対するノズル２０１，２０４，２０７の相対位置をそれぞれ表す。図１０Ａ，図１０Ｂ及び図１０Ｃのグラフそれぞれの原点は、中立位置を表す。図１０Ａ，図１０Ｂ及び図１０Ｃのグラフの縦軸は、作動流体の吐出量と、ノズル２０１，２０４，２０７の内壁が作動流体から受ける力と、ノズル２０１，２０４，２０７の下面（すなわち、レシーバ３０１に対向する面）が、作動流体から受ける力と、ノズル２０１，２０４，２０７の外周面が作動流体から受ける力と、これらの力の総和と、を示す。

図１０Ａ、図１０Ｂ及び図１０Ｃのグラフから、テーパ角βが０°に近づくと、ノズルの内壁が作動流体から受ける力が、ノズルが作動流体から受ける力全体のうち大きな部分を占めることが分かる。テーパ角βが０°から離れるにつれて、ノズルの内壁が作動流体から受ける力の影響は小さくなる。図９乃至図１０Ｃに示される解析結果は、第２実施形態に関連して説明された力学モデル（図３Ａ及び図３Ｂを参照）に合致しており、ノズルの応答性能に対するテーパ角βの有効性を実証している。ノズルを設計する設計者は、作動流体がノズルの内壁に与える水平方向の圧力と、ノズルの吐出口における抵抗と、を考慮して、テーパ角βを決定してもよい。したがって、上述の実施形態の原理は、テーパ角βの特定の値に限定されない。

以上、本発明の実施形態を説明した。本実施形態では、ノズルの吐出口につながるテーパ内壁によって定められるテーパ角βを、流路の延設方向と流入面に直交する方向とがなす角度αの２倍より大きくした。これにより、テーパ内壁が流体から受けるフローフォースの分力（ノズルの変位を阻害する力）が小さくなってノズルが素早く変位できるので、アクチュエータの応答速度が向上する。

ノズルが受けるフローフォースは、上式（２）で表される圧力勾配に比例して大きくなる。図１１に示すように、ノズルＮＺＬが左流路ＬＦＰに向かって矢印Ｄ方向に移動した場合を考える。図１１の下部には、吐出口近傍での作動流体の圧力勾配のグラフを例示する。図１１のグラフに一点鎖線で示すように、吐出口近傍で左流路ＬＦＰ側から右流路ＲＦＰ側に向かって作動流体の圧力が上昇し、圧力勾配が右肩上がりの場合、矢印Ｄとは逆方向に作用するフローフォースが発生する。これにより、ノズルＮＺＬの動きが阻害される。一方で、図１１のグラフに実線で示すように、作動流体の圧力を一定、もしくは圧力勾配を左肩下がりにできれば、ノズルＮＺＬの動きを阻害するフローフォースを抑制できる。

ここで、以下の式（３）で示すように、ノズルＮＺＬの移動方向とは反対方向に作用するフローフォースＦＦは、上式（２）に示した圧力勾配に比例すると仮定する。

作動流体の流線の半径ｒは、ノズルＮＺＬの対向面とレシーバＲＣＶの流入面との間隔Ｌｎｇを用いて、以下の式（４）で表される。

下式（５）に示すように、フローフォースＦＦは、作動流体の流線の半径ｒに反比例するので、下式（６）が成り立つ。また、式（６）から式（７）が導かれる。

図１２は、上述の関係式から得られる圧力勾配と角度比β／αとの関係を例示する図である。図１２には、ノズルＮＺＬが左流路ＬＦＰ側に移動した場合の左流路ＬＦＰ側から右流路ＲＦＰ側に向かう作動流体の圧力勾配であって、流路の傾斜角αが３０度、４０度、５０度、６０度の場合を示した。圧力勾配が０より大きいと、フローフォースＦＦが増加する。また、圧力勾配がゼロ以下では、フローフォースＦＦが低減する。図１２に示す関係から、角度比β／αを２より大きく、すなわちノズルのテーパ角βを流路の傾斜角αの２倍より大きくすれば、圧力勾配がゼロ以下になるので、フローフォースＦＦを抑制できる。こうした構成により、フローフォースを抑制できるので、ノズルが移動しやすくなってアクチュエータの応答速度が向上する。

上述の実施形態の原理は、中立位置にあるノズル上に描かれた鉛直線について対称的な構造に基づいて説明されている。しかしながら、サーボバルブは、鉛直線について非対称的な構造を有してもよい。たとえば、鉛直線に対する左流路の傾斜角は、鉛直線に対する右流路の傾斜角と相違してもよい。

上述の様々な実施形態に関連して説明された設計原理は、様々なサーボバルブ及び流体装置に適用可能である。上述の様々な実施形態のうち１つに関連して説明された様々な特徴のうち一部が、他のもう１つの実施形態に関連して説明されたサーボバルブ及び流体装置に適用されてもよい。

本発明の一局面の概要は、次の通りである。本発明の一局面のサーボバルブは、流体を用いてアクチュエータを駆動する。このサーボバルブは、前記流体が吐出される吐出口の輪郭を形成する吐出縁と、前記吐出縁に向けて狭まるテーパ内壁と、を含むノズルと、前記吐出口から吐出された前記流体が流入する流路が形成されたレシーバと、を備える。前記ノズルは、前記流体を吐出する吐出方向とは異なる第２方向に変位される。前記流路の延設方向は、前記ノズルに対向する流入面に直交する方向に対して、角度αで傾斜する。前記テーパ内壁によって定められるテーパ角は、前記角度αの２倍よりも大きい。

上記構成によれば、テーパ内壁によって定められるテーパ角は、角度αの２倍よりも大きいので、ノズルの変位方向におけるテーパ内壁が流体から受けるフローフォースの分力は小さくなる。ノズルは、流体から影響をほとんど受けることなく、素早く変位することができるので、サーボバルブは、高い応答速度で動作し、アクチュエータを素早く駆動することができる。

上記構成において、前記流路は、前記ノズルの変位方向に並ぶ第１流路及び第２流路を含んでもよい。前記第１流路と前記第２流路とは、延設方向が異なってもよい。前記テーパ角は、前記第１流路と前記第２流路との間の挟角よりも大きくてもよい。

上記構成によれば、テーパ角は、第１流路と第２流路との間の挟角よりも大きいので、ノズルの変位方向におけるテーパ内壁が流体から受けるフローフォースの分力は小さくなる。ノズルは、流体から影響をほとんど受けることなく、素早く変位することができるので、サーボバルブは、高い応答速度で動作し、アクチュエータを素早く駆動することができる。

上記構成において、サーボバルブは、前記第１流路の端部として形成された第１流入口及び前記第２流路の端部として形成された第２流入口が整列する整列線に沿う方向に、前記ノズルを駆動する駆動部を更に備えてもよい。前記駆動部は、前記吐出口の中心から前記流体の吐出方向に延びる延長線が前記第１流入口と前記第２流入口との間で前記整列線に交差する中立位置から前記整列線上で変位するように、前記ノズルを駆動してもよい。

上記構成によれば、テーパ角は、第１流路と第２流路との間の挟角よりも大きいので、整列線に沿う方向におけるテーパ内壁が流体から受けるフローフォースの分力は小さくなる。ノズルは、流体から影響をほとんど受けることなく、整列線上で、素早く変位することができるので、サーボバルブは、高い応答速度で動作し、アクチュエータを素早く駆動することができる。

上記構成において、前記延長線と前記整列線とを包摂する仮想平面及び前記テーパ内壁は、真っ直ぐな第１交線及び真っ直ぐな第２交線を形成してもよい。前記ノズルが前記中立位置にあるとき、前記第１交線の延長線は、前記第１流入口内に延び、且つ、前記第２交線の延長線は、前記第２流入口内に延びてもよい。

上記構成によれば、第１交線の延長線は、第１流入口内に延び、且つ、第２交線の延長線は、第２流入口内に延びるので、テーパ内壁のテーパ角は、大きくなる。したがって、整列線に沿う方向におけるテーパ内壁が流体から受けるフローフォースの分力は小さくなる。ノズルは、流体から影響をほとんど受けることなく、素早く変位することができるので、サーボバルブは、高い応答速度で動作し、アクチュエータを素早く駆動することができる。

上記構成において、前記テーパ角は、前記第１交線と前記第２交線とによって定められる交差角であってもよい。

上記構成によれば、第１交線の延長線は、第１流入口内に延び、且つ、第２交線の延長線は、第２流入口内に延びるので、第１交線と第２交線とによって定められる交差角として定義されるテーパ角は、大きくなる。したがって、整列線に沿う方向におけるテーパ内壁が流体から受けるフローフォースの分力は小さくなる。ノズルは、流体から影響をほとんど受けることなく、素早く変位することができるので、サーボバルブは、高い応答速度で動作し、アクチュエータを素早く駆動することができる。

上記構成において、前記駆動部が、前記延長線を前記中立位置から前記第１流入口の中心に近づけると、前記流体からもたらされるフローフォースは、前記第２交線上よりも前記第１交線上において強くなってもよい。前記駆動部が、前記延長線を前記中立位置から前記第２流入口の中心に近づけると、前記フローフォースは、前記第１交線上よりも前記第２交線上において強くなってもよい。

上記構成によれば、駆動部が、前記延長線を前記中立位置から第１流入口の中心に近づけると、流体からもたらされるフローフォースは、第２交線上よりも前記第１交線上において強くなる。しかしながら、テーパ内壁のテーパ角は、大きいので、整列線に沿う方向におけるフローフォースの分力は小さくなる。駆動部が、吐出方向を第２流入口の中心に近づけると、フローフォースは、第１交線上よりも第２交線上において強くなる。しかしながら、テーパ内壁のテーパ角は、大きいので、整列線に沿う方向におけるフローフォースの分力は小さくなる。ノズルは、流体から影響をほとんど受けることなく、素早く変位することができるので、サーボバルブは、高い応答速度で動作し、アクチュエータを素早く駆動することができる。

上記構成において、前記延長線及び前記整列線を包摂する仮想平面と、前記テーパ内壁とは、第１交線及び第２交線を形成してもよい。前記テーパ内壁は、前記第１交線及び前記第２交線が湾曲するように形成された曲面であってもよい。前記ノズルが前記中立位置にあるとき、前記第１交線の中点における接線は、前記第１流入口内に延び、且つ、前記第２交線の中点における接線は、前記第２流入口内に延びてもよい。

上記構成によれば、第１交線の中点における接線は、第１流入口内に延び、且つ、第２交線の中点における接線は、第２流入口内に延びるので、作動流体は、第１流入口及び／又は第２流入口に適切に案内される。加えて、テーパ内壁のテーパ角は、大きくなるので、整列線に沿う方向におけるテーパ内壁が流体から受けるフローフォースの分力は小さくなる。ノズルは、流体から影響をほとんど受けることなく、素早く変位することができるので、サーボバルブは、高い応答速度で動作し、アクチュエータを素早く駆動することができる。

上記構成において、前記テーパ角は、前記２つの接線の交差角であってもよい。

上記構成によれば、第１交線の延長線は、第１流入口内に延び、且つ、第２交線の延長線は、第２流入口内に延びるので、２つの接線の交差角として定義されるテーパ角は、大きくなる。したがって、整列線に沿う方向におけるテーパ内壁が流体から受けるフローフォースの分力は小さくなる。ノズルは、流体から影響をほとんど受けることなく、素早く変位することができるので、サーボバルブは、高い応答速度で動作し、アクチュエータを素早く駆動することができる。

本発明の他の局面に係るサーボバルブは、流体を用いてアクチュエータを駆動するサーボバルブであって、前記流体が吐出される吐出口の輪郭を形成する吐出縁と、前記吐出縁に向けて狭まるテーパ内壁と、を含むノズルと、前記吐出口から吐出された前記流体の一部が流入する第１流入口及び前記吐出口から吐出された前記流体の他の一部が流入する第２流入口が形成された流入面を含むレシーバと、前記第１流入口及び前記第２流入口が整列する整列線に沿って、前記ノズルを駆動する駆動部と、を備える。前記駆動部は、前記吐出口の中心から前記流体の吐出方向に延びる延長線が前記第１流入口と前記第２流入口との間で前記整列線に交差する中立位置から前記整列線上で変位するように、前記ノズルを駆動する。前記延長線と前記整列線とを包摂する仮想平面及び前記テーパ内壁は、真っ直ぐな第１交線及び真っ直ぐな第２交線を形成する。前記ノズルが前記中立位置にあるとき、前記第１交線の延長線は、前記第１流入口内に延び、且つ、前記第２交線の延長線は、前記第２流入口内に延びる。

上記構成によれば、ノズルが中立位置にあるとき、第１交線の延長線は、第１流入口内に延び、且つ、第２交線の延長線は、第２流入口内に延びるので、テーパ内壁のテーパ角は、大きくなる。したがって、整列線に沿う方向におけるテーパ内壁が流体から受けるフローフォースの分力は小さくなる。ノズルは、流体から影響をほとんど受けることなく、素早く変位することができるので、サーボバルブは、高い応答速度で動作し、アクチュエータを素早く駆動することができる。

上記構成において、前記テーパ角は、９０°以上であってもよい。

上記構成によれば、テーパ角は、９０°以上であるので、ノズルの変位方向におけるテーパ内壁が流体から受けるフローフォースの分力は小さくなる。ノズルは、流体から影響をほとんど受けることなく、素早く変位することができるので、サーボバルブは、高い応答速度で動作し、アクチュエータを素早く駆動することができる。

上記構成において、サーボバルブは、前記流体が流動する流動経路が形成された筐体を更に備えてもよい。前記筐体には、第１流出口及び第２流出口が形成されてもよい。前記駆動部は、前記ノズルを前記整列線に沿って変位させ、前記第１流出口からの前記流体の流出量と前記第２流出口からの前記流体の流出量とを調整してもよい。

上記構成によれば、駆動部は、整列線に沿って、ノズルを変位させ、第１流出口からの流体の流出量と第２流出口からの流体の流出量とを調整するので、設計者は、第１流出口及び第２流出口からの流出量の比率の変動を利用して、サーボバルブに接続されたアクチュエータを動作させることができる。

本発明の更に他の局面に係る流体装置は、上述のサーボバルブと、前記第１流出口及び前記第２流出口に連通する空房部内で前記流体によって変位される可動片と、を備える。

上記構成によれば、流体装置は、上述のサーボバルブを有するので、高い応答速度で動
作することができる。

上述の実施形態の原理は、流体から駆動力を得る様々な装置に好適に利用される。

１００，１００Ａ〜１００Ｅ・・・・・・・サーボバルブ
２００，２００Ｂ，２００Ｃ，２００Ｄ・・ノズル
２００Ｅ・・・・・・・・・・・・・・・・ノズル部（ノズル）
２２１・・・・・・・・・・・・・・・・・吐出口
２２２・・・・・・・・・・・・・・・・・吐出縁
２４０，２４０Ｂ，２４０Ｃ・・・・・・・テーパ内壁
２６２・・・・・・・・・・・・・・・・・吐出口
３００・・・・・・・・・・・・・・・・・レシーバ
３１０・・・・・・・・・・・・・・・・・上面（流入面）
３１１・・・・・・・・・・・・・・・・・左流入口（第１流入口又は第２流入口）
３１２・・・・・・・・・・・・・・・・・右流入口（第２流入口又は第１流入口）
３１３・・・・・・・・・・・・・・・・・左流路（第１流路又は第２流路）
３１４・・・・・・・・・・・・・・・・・右流路（第２流路又は第１流路）
４００・・・・・・・・・・・・・・・・・駆動部
４００Ｅ・・・・・・・・・・・・・・・・トルクモータ
５００・・・・・・・・・・・・・・・・・流体装置
６００・・・・・・・・・・・・・・・・・アクチュエータ
６２０・・・・・・・・・・・・・・・・・可動片
７１０・・・・・・・・・・・・・・・・・筐体
７１５・・・・・・・・・・・・・・・・・ポート（第１流出口又は第２流出口）
７１６・・・・・・・・・・・・・・・・・ポート（第２流出口又は第１流出口）
ＬＣＰ・・・・・・・・・・・・・・・・・中心点（第１流入口又は第２流入口の中心）
ＬＥＸ・・・・・・・・・・・・・・・・・延長線（第１交線又は第２交線の延長線）
ＬＩＣ，ＬＩＳ・・・・・・・・・・・・・交線（第１交線又は第２交線）
ＬＴＧ・・・・・・・・・・・・・・・・・接線（第１交線又は第２交線の接線）
ＲＣＰ・・・・・・・・・・・・・・・・・中心点（第２流入口又は第１流入口の中心）
ＲＥＸ・・・・・・・・・・・・・・・・・延長線（第２交線又は第１交線の延長線）
ＲＩＣ，ＲＩＳ・・・・・・・・・・・・・交線（第２交線又は第１交線）
ＲＴＧ・・・・・・・・・・・・・・・・・接線（第２交線又は第１交線の接線）
ＶＬ・・・・・・・・・・・・・・・・・・鉛直線（第１方向に延びる延長線）

Claims (12)

1. 流体を用いてアクチュエータを駆動するサーボバルブであって、
   前記流体が吐出される吐出口の輪郭を形成する吐出縁と、前記吐出縁に向けて狭まるテーパ内壁と、を含むノズルと、
   前記吐出口から吐出された前記流体が流入する流路が形成されたレシーバと、を備え、
   前記ノズルは、前記流体を吐出する吐出方向とは異なる方向に変位され、
   前記流路の延設方向は、前記ノズルに対向する流入面に直交する方向に対して、角度αで傾斜し、
   前記テーパ内壁によって定められるテーパ角は、前記角度αの２倍よりも大きい
   サーボバルブ。
2. 前記流路は、前記ノズルの変位方向に並ぶ第１流路及び第２流路を含み、
   前記第１流路と前記第２流路とは、延設方向が異なり、
   前記テーパ角は、前記第１流路と前記第２流路との間の挟角よりも大きい
   請求項１に記載のサーボバルブ。
3. 前記第１流路の端部として形成された第１流入口及び前記第２流路の端部として形成された第２流入口が整列する整列線に沿う方向に、前記ノズルを駆動する駆動部を更に備え、
   前記駆動部は、前記吐出口の中心から前記流体の吐出方向に延びる延長線が前記第１流入口と前記第２流入口との中間となる中立位置から前記整列線上で変位するように、前記ノズルを駆動する
   請求項２に記載のサーボバルブ。
4. 前記延長線と前記整列線とを包摂する仮想平面及び前記テーパ内壁は、真っ直ぐな第１交線及び真っ直ぐな第２交線を形成し、
   前記ノズルが前記中立位置にあるとき、前記第１交線の延長線は、前記第１流入口内に延び、且つ、前記第２交線の延長線は、前記第２流入口内に延びる
   請求項３に記載のサーボバルブ。
5. 前記テーパ角は、前記第１交線と前記第２交線とによって定められる交差角である
   請求項４に記載のサーボバルブ。
6. 前記駆動部が、前記延長線を前記中立位置から前記第１流入口の中心に近づけると、前記流体からもたらされるフローフォースは、前記第２交線上よりも前記第１交線上において強くなり、
   前記駆動部が、前記延長線を前記中立位置から前記第２流入口の中心に近づけると、前記フローフォースは、前記第１交線上よりも前記第２交線上において強くなる
   請求項４又は５に記載のサーボバルブ。
7. 前記延長線と前記整列線とを包摂する仮想平面及び前記テーパ内壁は、第１交線及び第２交線を形成し、
   前記テーパ内壁は、前記第１交線及び前記第２交線が湾曲するように形成された曲面であり、
   前記ノズルが前記中立位置にあるとき、前記第１交線の中点における接線は、前記第１流入口内に延び、且つ、前記第２交線の中点における接線は、前記第２流入口内に延びる
   請求項３に記載のサーボバルブ。
8. 前記テーパ角は、前記２つの接線の交差角である
   請求項７に記載のサーボバルブ。
9. 流体を用いてアクチュエータを駆動するサーボバルブであって、
   前記流体が吐出される吐出口の輪郭を形成する吐出縁と、前記吐出縁に向けて狭まるテーパ内壁と、を含むノズルと、
   前記吐出口から吐出された前記流体の一部が流入する第１流入口及び前記吐出口から吐出された前記流体の他の一部が流入する第２流入口が形成された流入面を含むレシーバと、
   前記第１流入口及び前記第２流入口が整列する整列線に沿って、前記ノズルを駆動する駆動部と、を備え、
   前記駆動部は、前記吐出口の中心から前記流体の吐出方向に延びる延長線が前記第１流入口と前記第２流入口との間で前記整列線に交差する中立位置から前記整列線上で変位するように、前記ノズルを駆動し、
   前記延長線と前記整列線とを包摂する仮想平面及び前記テーパ内壁は、真っ直ぐな第１交線及び真っ直ぐな第２交線を形成し、
   前記ノズルが前記中立位置にあるとき、前記第１交線の延長線は、前記第１流入口内に延び、且つ、前記第２交線の延長線は、前記第２流入口内に延びる
   サーボバルブ。
10. 前記テーパ角は、９０°以上である
    請求項１乃至８のいずれか１項に記載のサーボバルブ。
11. 前記流体が流動する流動経路が形成された筐体を更に備え、
    前記筐体には、第１流出口及び第２流出口が形成され、
    前記駆動部は、前記ノズルを前記整列線に沿って変位させ、前記第１流出口からの前記流体の流出量と前記第２流出口からの前記流体の流出量とを調整する
    請求項３乃至９のいずれか１項に記載のサーボバルブ。
12. 請求項１１に記載のサーボバルブと、
    前記第１流出口及び前記第２流出口に連通する空房部内で前記流体によって変位される可動片と、を備える
    流体装置。

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