JP3191314B2 - ロータリバルブ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、油圧機械の暴走を防ぐ
直動型ロータリ・サーボバルブとして用いるのに好適な
ロータリバルブの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のロータリバルブは、例え
ば、特開昭61−153073号公報に記載されているように、
弁体の角変位量を帰還し、弁体の角変位を制御すること
により、作動流体の流量を制御していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、例
えば、停電あるいは入力線の断線等のようにロータリバ
ルブへの駆動手段が切れた場合、作動油の流体力のみが
弁体に作用するため、流体力の働く方向に弁体を動かそ
うとするため、システムに対し異常に圧油が供給され、
システムに異常な動作が発生するという問題点があっ
た。

【０００４】本発明の目的は、駆動手段が切れた場合、
流体の異常供給を無くすように弁体を所定の位置に復帰
させることが可能な上、中立点の調整も容易にできるロ
ータリバルブを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、ケーシング
と、前記ケーシング内に回動可能に設けた弁体と、前記
弁体の回転軸上に一体的に結合された回転子をもつ駆動
手段とを備え、前記弁体に円筒孔を設け、前記ケーシン
グに該円筒孔の内径と同等の外径に形成されたスリーブ
を設け、前記弁体と前記ケーシングの相対運動によって
流体の流量を制御するロータリバルブにおいて、前記弁
体と前記回転子からなる可動部に対し、該駆動手段が切
れた場合に前記弁体を所定の位置に復帰して流体の異常
供給を無くすように円周方向に所定の力を加える手段を
設けることを特徴とする。

【０００６】

【０００７】

【０００８】

【０００９】

【作用】本発明によれば、可動部に対し常に円周方向に
所定の力を加えているので、駆動手段が切れた場合に
も、可動部を所定の位置に復帰させることができる。

【００１０】しかも、弁体の中立点調整の際、円周方向
の力に対抗するように回転子に駆動力を与えるだけで済
むため、弁の組立て及び弁体の中立点調整も容易にな
る。

【００１１】また、本発明のロータリバルブを用いた直
動形ロータリ・サーボバルブを用いて油圧制御システム
を構成すれば、サーボバルブの駆動手段が切れた場合に
も、油圧機械への作動油の供給を停止し、システムの暴
走を防ぎ重大な事故を未然に防ぐことができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明によるロータリバルブの三方弁
の一実施例を図１ないし図１８を用いて説明する。

【００１３】まず、本実施例のロータリバルブの基本構
造について説明する。

【００１４】弁体１は、ケーシング２および３によっ
て、弁体１よりも所定の厚み差だけ厚く成形されたスペ
ーサ４とともに狭設され、弁体１をケーシング２，３お
よびスペーサ４に対して回動可能に支持している。ま
た、ケーシング３には、磁石７が固定されており、ケー
シング３と磁石７との間で所定の間隙をもって磁気回路
を構成している。そして、この間隙中には弁体１の端面
から突出した駆動軸５に一体的に結合された可動子６が
設置されており、可動子６によって、弁体１を直接駆動
し、弁体１と可動子６からなる可動部を回動させること
ができる。

【００１５】ここで、弁体１には円筒孔９および貫通孔
１０が設けられており、ケーシング２、３には、弁体１
の円筒孔９の内径と同等の外径に成形され、かつ円筒孔
９と同心に設けられたスリーブ１１および１２と、スリ
ーブ１１，１２によって互いに分離されるように構成さ
れた流路１３，１４および１５，１６がそれぞれ設けら
れ、ケーシング２で、スリーブ１１の内径部には制御ポ
ート２０が、流路１４には供給ポート１８が、流路１３
には排出ポート１７がそれぞれ接続されている。従っ
て、図２および図３に示すように、円筒孔９の内縁とス
リーブ１１および１２の外縁が一致しているときには、
制御ポート２０は供給ポート１８，排出ポート１７のい
ずれとも隔てられているので流体の流れは停止し中立状
態となるが、図４および図５に示すように、弁体１が矢
印の向きに変位したとすると、円筒孔９の内縁とスリー
ブ１１，１２の外縁、および流路１４，１６の内外縁に
よって囲まれる制御オリフィスが開口し、流体は供給ポ
ート１８から制御ポート２０へと流れる。また、弁体１
が矢印と反対の向きに変位すれば流体は制御ポート２０
から排出ポート１７へと流れる。すなわち、正逆連続可
変の三方弁を構成している。

【００１６】本実施例の弁部の作用については、特開平
1−283483号公報に記載されている。

【００１７】さて、いま、このロータリバルブを用いた
油圧制御システムにおいて、停電あるいは回転子への入
力線の断線のように突発的な異常が発生し、ロータリバ
ルブへの入力が切れたりすると、ロータリバルブ内部で
は流体力のみが弁体１に作用することになるため、異常
発生時における弁体１の停止位置により、例えば、図４
の矢印の向きに弁体１が変位している時には作動流体が
供給ポート１８から制御ポート２０へ流れた状態を持続
したり、また逆に矢印と反対の向きに弁体１が変位して
いる時には作動流体が制御ポート２０から排出ポート１
７へ流れた状態を持続したり、あるいは、また流体力の
働く向きにより弁体１が勝手に動作することもあるた
め、油圧制御システムとしては、制御対象物の制御が不
可能となり重大な事故を引き起こす可能性がある。

【００１８】これに対し、本実施例のロータリバルブで
は、弁体１と回転子６から成る可動部で、ロータリバル
ブへの入力が切れた場合に可動部が所定の位置に復帰す
るために図６に矢印で示すように円周方向に所定の力を
可動部に加える機構をもつことにより、油圧機械へ作動
流体が異常供給されることによる重大な事故を未然に防
ぐことができる。

【００１９】しかも、バルブを組立てる際、可動部に対
し所定の力を加え、所定の位置に保持しているため可動
部の中立点を専用の治具により固定して調整する工程も
省略できることになるのでバルブの組立ても容易にな
る。

【００２０】さらに、また、実施例のロータリバルブに
おいて、バルブへの入力がない場合における可動部の静
止位置は所定の位置に常に固定することで、バルブの個
体差による弁体１の静止位置が一定となり、バルブを交
換した場合にも弁体１の中立点の調整工程を省略できる
ためバルブの交換も容易になるという効果も得られる。

【００２１】次に、本発明によるロータリバルブの一実
施例を図７から図１０に示す。

【００２２】本実施例は、図６に示したロータリバルブ
において、弁体１と回転子６からなる可動部の一部とケ
ーシング２，３、または、磁石等の固定部との間をばね
で一体的に結合し、このばねの復元力によって弁体１あ
るいは回転子６を所定の位置に復帰させることで可動部
全体を所定の位置に復帰させ、位置決めを行う機構を取
付けた例であり、弁部の構造と作用については前述の実
施例と同じである。

【００２３】さて、上記の実施例において、可動部と固
定部との間のばねによる結合手段として、図７では弁体
１とケーシング３とをコイルばね２２で一体的に結合し
ている。従って、ロータリバルブへの入力が切れた場合
には、このコイルばねの引っ張りもしくは圧縮方向の復
元力を利用して、弁体１をロータリバルブへの入力が切
れた時点での変位位置から所定の位置に復帰させること
で、可動部全体を所定の位置に復帰させるような機構で
あるので、ロータリバルブへの入力が切れた場合にも、
油圧システムの重大な事故を未然に防ぎ安全性に優れた
直動形ロータリバルブを実現することができる。

【００２４】また、上述の実施例で、弁体１とケーシン
グ３とを一体的に結合したコイルばねは、図８に示すよ
うに弁体１の端面から突出した回転軸５ａとケーシング
２とを一体的に結合するねじりばねとしても良い。この
ような構成でも、回動軸５ｂとケーシング３との間で軸
受を構成しているので、良好な動作性を保つことがで
き、また、ねじりばね２３の円周方向の復元力を回転軸
５ａを介して弁体１を所定の位置に復帰させることがで
きるので、実施例と同様の効果を得ることができる。

【００２５】さらに、また、実施例において弁体１とケ
ーシング３とを一体的に結合したコイルばねは、図９に
示すように、回転子６と磁石７とをコイルばね２２によ
り一体的に結合する構成としても、コイルばね２２の復
元力によって回転子６を所定の位置に復帰させることで
可動部全体を所定の位置に復帰させることができるた
め、実施例と同様の効果を得ることができる。

【００２６】また、この実施例で回転子６と磁石７とを
一体的に結合したコイルばね２２は、図１０に示すよう
に、回転子６と磁石７とをねじりばね２３により一体的
に結合する構成としても、この実施例と同様の効果を得
ることができる。

【００２７】次に、本発明によるロータリバルブの他の
実施例を図１１から図１４に示す。本実施例は、図６に
示したロータリバルブにおいて、弁体１と回転子６から
成る可動部の一部とケーシング２，３、または、磁石等
の固定部との間を防振ゴムで一体的に結合し、この防振
ゴムの復元力によって弁体１あるいは回転子６を所定の
位置に復帰させることで可動部全体を所定の位置に復帰
させ、位置決めを行う機構を取付けた例であり、弁部の
構造と作用については前述の実施例と同じである。

【００２８】さて、実施例において、可動部と固定部と
の間の防振ゴムによる結合手段として、図１１では弁体
１とケーシング３とを防振ゴム２４で一体的に結合して
いる。従って、ロータリバルブへの入力が切れた場合に
は、防振ゴム２４の引っ張りもしくは圧縮方向の復元力
を利用して、弁体１をロータリバルブへの入力が切れた
時点での変位位置から所定の位置に復帰させることで、
可動部全体を所定の位置に復帰させるような機構である
ので、ロータリバルブへの入力が切れた場合にも、油圧
システムの重大な事故を未然に防ぎ安全性に優れた直動
形ロータリバルブを実現することができる。

【００２９】また、上記の実施例において、弁体１とケ
ーシング３とを一体的に結合した防振ゴム２４は、図１
２に示すように弁体１の端面から突出した回転軸５ａと
ケーシング２と防振ゴム２４を一体的に結合するとして
も良い。このような構成でも、回動軸５ｂとケーシング
３との間で軸受を構成しているので、良好な動作性を保
つことができ、また、防振ゴム２５のねじりによる復元
力、すなわち円周方向の力を回転軸５ａを介して弁体１
を所定の位置に復帰させることができるので、実施例と
同様の効果を得ることができる。

【００３０】さらに、また、実施例で弁体１とケーシン
グ３とを一体的に結合した防振ゴム２４は、図１３に示
すように回転子６と磁石７とを防振ゴム２４により一体
的に結合する構成としても、この防振ゴム２４の復元力
によって回転子６を所定の位置に復帰させることで可動
部全体を所定の位置に復帰させることができるため、実
施例と同様の効果を得ることができる。

【００３１】また、実施例で回転子６と磁石７とを一体
的に結合した防振ゴム２５は、図１４に示すように、回
転子６と磁石７とを防振ゴム２４により一体的に結合し
ても、実施例と同様の効果を得ることができる。

【００３２】次に、本発明によるロータリバルブの他の
実施例を図１５に示す。

【００３３】本実施例は、図６に示したロータリバルブ
において、弁体１と回転子６から成る可動部の一部に対
し、円周方向に所定の磁力を加えることによって可動部
全体の位置決めを行い、ロータリバルブへの入力が切れ
た場合にもこの円周方向の磁力によって可動部を所定の
位置に復帰させる機構を取付けた例であり、弁部の構造
と作用については前述の実施例と同様である。

【００３４】さて、この実施例において、可動部に対し
て円周方向に磁力を加える手段として、図１５に示すよ
うに、弁体１の円周方向の両側にケーシング３に固定さ
れた弁体１のストッパ２１ａ，２１ｂの片方、あるいは
両方の一部に磁石を組込んでいる。従って、このストッ
パ中の磁石によって弁体１に円周方向に常に一定の磁力
を加えているので、弁体１をロータリバルブへの入力が
切れた時点での変位位置から所定の位置に復帰させるこ
とで、可動部全体を所定の位置に復帰させるような機構
であるので、ロータリバルブへの入力が切れた場合に
も、油圧システムの重大な事故を未然に防ぎ安全性に優
れた直動形ロータリバルブを実現することができる。

【００３５】次に、本発明のロータリバルブによる直動
形ロータリ・サーボバルブを用いた油圧制御システムの
一実施例を図１６に示す。

【００３６】さて、制御対象３４の位置制御を行うた
め、主フィードバック信号として制御対象３４に設けた
変位検出器３３の出力信号３２を帰還して制御装置２７
内で目標値２６と比較し、その偏差に応じてサーボバル
ブを駆動し、アクチュエータの運動を制御しようとして
いるが、本実施例の直動形ロータリ・サーボバルブで
は、検出軸を弁体１および回転子６に結合した角変位検
出器８が磁石７の背後に設けられており、さらに、この
角変位検出器８の出力信号３１を帰還して弁体１の位置
制御を行うように構成している。そして、装置の特性を
安定にするために、この出力信号３１を微分器２９によ
って角速度信号２８に変換したものを用いて速度帰還を
行い、弁体１および回転子６に減衰効果を与えている。

【００３７】さらに、本実施例の直動形ロータリ・サー
ボバルブによれば、弁体１および回転子６からなる可動
部の一部に対し、常に所定の円周方向の力を加える機構
を取り付けている。従って、停電あるいは入力線の断線
等のように制御装置２７からの制御指令３０が突発的に
切れるような異常時にも、可動部が所定の位置に復帰す
るため、制御対象３４の異常動作を未然に防ぐことがで
き、サーボバルブ本体のみならず、油圧制御システム全
体の信頼性も向上する。

【００３８】また、本実施例の直動形ロータリ・サーボ
バルブにおいて、サーボバルブ本体への入力が無い場合
における可動部の静止位置は常に所定の位置にあり、弁
体１の静止位置はバルブの個体差に関係無く一定である
ため、バルブ単体を交換した場合にも弁体１の中立点の
調整工程を省略でき、バルブの交換も容易になるという
効果も得られる。

【００３９】次に、本発明のロータリバルブによる直動
形ロータリ・サーボバルブを用いた圧延機の油圧圧下装
置の実施例を図１７に示す。

【００４０】圧延機３７には圧延材３８に圧延荷重を与
えるための押圧手段として圧下ジャッキ３６が設けられ
ており、油圧源３５から圧下ジャッキ３６に供給，排出
する作動流体を調節して作業ロール３９，４０間の距離
を調節し圧延材３８の出側板厚を制御するために直動形
ロータリ・サーボバルブ４１が設けられている。この直
動形ロータリ・サーボバルブ４１には可動部の変位を検
出する変位検出器が設けられており、かつ、可動部と固
定部の間には常に所定の力が円周方向に働いている。

【００４１】さて、圧下ジャッキ３６には変位検出器４
２が設けられており、ここで検出された変位信号３２は
主フィードバック信号として制御装置２７に帰還され目
標値２６と比較され、その偏差に応じて直動形ロータリ
・サーボバルブ４１が駆動される。また、直動形ロータ
リ・サーボバルブ４１に設けられた変位検出器の出力信
号３１は制御装置の手前で二つに分岐され、一つはその
まま変位信号として制御装置２７に取り込まれて弁体１
の位置を制御するために使用され、他方は微分器２９に
よって微分され速度信号２８となった後で制御装置２７
に取り込まれ、可動部に減衰を与えるために使用され
る。

【００４２】さらに、本実施例の直動形ロータリ・サー
ボバルブによれば、弁体１および回転子６から成る可動
部の一部に対し、常に所定の円周方向の力を加える機構
を取り付けている。従って、停電あるいは入力線の断線
等のように制御装置２７からの制御指令３０が突発的に
切れるような異常時にも、可動部が所定の位置に復帰す
るため、圧下ジャッキ３６へ油圧源から作動油が異常供
給されることが無くなり、圧延中であれば、圧延材３８
を作業ロール４０が異常に絞り込んだり、また、ロール
組替え中であれば、ロールを突き上げたり、チョックを
突き上げたりするような重大な事故を未然に防ぐことが
でき、サーボバルブ単体のみならず、圧下装置全体の信
頼性も向上する。

【００４３】また、本実施例の直動形ロータリ・サーボ
バルブにおいて、サーボバルブ本体への入力が無い場合
の可動部の静止位置は常に所定の位置にあり、弁体１の
静止位置はバルブの個体差に関係無く一定であるため、
バルブ単体を交換した場合にも弁体１の中立点の調整工
程を省略でき、バルブの交換も容易になるという効果も
得られる。

【００４４】

【発明の効果】本発明のロータリバルブによれば、弁体
あるいは回転子に対し常に円周方向に所定の力を加える
ような機構を取り付けているので、ロータリバルブが稼
働しているときに停電あるいは回転子への入力線の断線
等のように突発的な異常が発生し、ロータリバルブへの
入力が切れた場合にも弁体と回転子からなる可動部を所
定の位置に復帰させることができる。従って、ロータリ
バルブへの入力が無い場合、可動部の位置は所定の位置
に保持されており、しかも可動部の静止位置を一定の位
置に保てるので、バルブの交換による弁体の中立点の調
整工程を省略できるのでバルブの交換が容易になるだけ
ではなく、バルブの組立ても可動部の中立点の調整工程
が省略でき、中立点を固定する専用治具となりバルブの
組立ても容易になる。

【００４５】従って、本発明のロータリバルブを用いた
直動形ロータリ・サーボバルブを用いて油圧制御システ
ムを構成すれば、サーボバルブの駆動手段が切れるよう
な突発的な異常時に、サーボバルブ単体で弁体が所定の
位置に復帰することができるので、油圧機械への作動油
の異常供給を無くし、油圧制御システムの異常動作を防
ぎ、機械破損等の重大な事故を未然に防ぐことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のロータリバルブの一実施例を示す三方
弁の斜視図。

【図２】図１の中立状態を示すII−II線矢視図。

【図３】図２のIII−III線において展開した断面展開
図。

【図４】図１の開口状態を示すIV−IV線矢視図。

【図５】図４のＶ−Ｖ線において展開した断面展開図。

【図６】図１を組立てた状態を示すVI−VI線断面図。

【図７】可動部に円周方向の力を加える手段の構成を示
す実施例で図１のVII−VII線矢視図。

【図８】可動部に円周方向の力を加える手段の他の実施
例で図１のVIII−VIII線断面図。

【図９】可動部に円周方向の力を加える手段の他の実施
例で図８のIX−IX線矢視図。

【図１０】可動部に円周方向の力を加える手段の他の実
施例で図１のＸ−Ｘ線断面図。

【図１１】可動部に円周方向の力を加える手段の構成を
示す別の実施例で図１のXI−XI線矢視図。

【図１２】可動部に円周方向の力を加える手段の他の実
施例で図１のXII−XII線断面図。

【図１３】可動部に円周方向の力を加える手段の他の実
施例で図８のXIII−XIII線矢視図。

【図１４】可動部に円周方向の力を加える手段の他の実
施例で図１のXIV−XIV線断面図。

【図１５】可動部に円周方向の力を加える手段の構成を
示す別の実施例で図１のXV−XV線矢視図。

【図１６】本発明のロータリバルブを用いた直動形ロー
タリ・サーボバルブの一実施例を示す断面図。

【図１７】本発明のロータリバルブを用いた直動形ロー
タリ・サーボバルブを使用した圧延機の油圧制御装置の
一実施例を示す系統図。

【符号の説明】

１…弁体、２，３…ケーシング、４…スペーサ、６…回
転子、７…磁石、８…角変位検出器、１３，１４，１
５，１６，１７，１８，２０…流路、２２，２３…ば
ね、２４，２５…防振ゴム。

フロントページの続き (72)発明者 中村 一朗 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (72)発明者 野上 忠彦 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (56)参考文献 特開 昭53−2726（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−240404（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−303613（ＪＰ，Ａ) 実公 昭46−5740（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F15B 13/044 F16K 31/06 305 B21B 31/32

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ケーシングと、前記ケーシング内に回動可
   能に設けた弁体と、前記弁体の回転軸上に一体的に結合
   された回転子をもつ駆動手段とを備え、前記弁体に円筒
   孔を設け、前記ケーシングに該円筒孔の内径と同等の外
   径に形成されたスリーブを設け、前記弁体と前記ケーシ
   ングの相対運動によって流体の流量を制御するロータリ
   バルブにおいて、 前記弁体と前記回転子からなる可動部に対し、該駆動手
   段が切れた場合に前記弁体を所定の位置に復帰して流体
   の異常供給を無くすように円周方向に所定の力を加える
   手段を設けることを特徴とするロータリバルブ。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記可動部と前記ケー
   シングの固定部とを一体的に結合した防振ゴムによって
   前記可動部に円周方向の力を加えるロータリバルブ。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記可動部の円周方向
   に磁力を加えることにより前記可動部に円周方向の力を
   加えるロータリバルブ。
4. 【請求項４】 請求項１において、前記可動部の弁体の回
   動面上の両方向にストッパを兼ねた磁石を配し、磁力を
   弁体の円周方向に加えることにより、前記可動部に円周
   方向の力を加えるロータリバルブ。
5. 【請求項５】 工作物に荷重を加える油圧シリンダと、前
   記油圧シリンダの運動を制御するサーボバルブと、前記
   サーボバルブに圧油を供給する油圧源と、前記サーボバ
   ルブに制御指令を与える制御装置とを備えた工作機械の
   油圧制御装置において、 前記サーボバルブは、ケーシングと、前記ケーシング内
   に回動可能に設けた弁体と、前記弁体の回転軸上に一体
   的に結合された回転子をもつ駆動手段とを備え、前記弁
   体に円筒孔を設け、前記ケーシングに該円筒孔の内径と
   同等の外径に形成されたスリーブを設け、前記弁体とケ
   ーシングの相対運動によって、入力信号に比例して流体
   の流量を制御し、前記弁体と前記回転子から成る可動部
   に対し、該駆動手段が切れた場合に前記弁体を所定の位
   置に復帰して流体の異常供給を無くすように円周方向に
   所定の力を加える手段を設けたロータリ・サーボバルブ
   であることを特徴とする工作機械の油圧制御装置。
6. 【請求項６】 作業ロールを介して圧延材に圧延荷重を与
   えるとともに、前記作業ロールの位置を制御する圧下ジ
   ャッキと、前記圧下ジャッキの運動を制御するサーボバ
   ルブと、前記サーボバルブに圧油を供給する油圧源と、
   前記サーボバルブに制御指令を与える制御装置とを備え
   た圧延機の油圧圧下装置において、 前記サーボバルブは、ケーシングと、前記ケーシング内
   に回動可能に設けた弁体と、前記弁体の回転軸上に一体
   的に結合された回転子をもつ駆動手段とを備え、前記弁
   体に円筒孔を設け、前記ケーシングに該円筒孔の内径と
   同等の外径に形成されたスリーブを設け、前記弁体と前
   記ケーシングの相対運動によって、入力信号に比例して
   流体の流量を制御し、前記弁体と前記回転子からなる可
   動部に対し、該駆動手段が切れた場合に前記弁体を所定
   の位置に復帰して流体の異常供給を無くすように円周方
   向に所定の力を加える手段を設けたロータリ・サーボバ
   ルブであることを特徴とする圧延機の油圧圧下装置。