JP3267673B2 - 静圧定比制御弁 - Google Patents

静圧定比制御弁

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば負荷部の相反す
る側の面に互いに対向して設けられた静圧軸受用の静圧
ポケットへ供給する圧油の圧力を自動調節して該静圧軸
受の静剛性を実質的に無限大にするようにした静圧定比
制御弁に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、静圧軸受用の制御弁としては、一
般に片側定圧比制御弁が多用されてきたが、定圧比制御
弁は、負荷に対して十分な剛性を持つものの、マイナス
負荷に対する抵抗力が一般に弱かった。
【0003】また、静圧主軸回転では、高速回転になる
と発熱し静圧隙間が変化したり、加工精度の関係で、ビ
ビリ振動が発生することがあった。
【0004】特に、研削盤においては、実際の静圧主軸
の回転中心と理論上の回転中心とが一致せずにビビリ振
動が発生する場合があり、これが研削精度に大きな影響
をもたらす原因となっていた。また、静圧主軸において
は、複数の等配に設けた静圧ポケットにおいて、対向す
る片側定比制御弁がハンチングして、スピンドルの精度
維持が困難であった。
【0005】なお、対向形静圧方式として絞り制御方式
を採用したものも一般に広く用いられているが、この絞
り制御方式では、ポンプの脈動の問題があり、そのため
に制御弁の一次側にアキュムレータを接続させたとして
も、ポンプの脈動を零にすることは不可能であり、わず
かな脈動によって機械系に振動が発生してしまう。
【0006】そこで、出願人は、特公昭57−4161
0号として、圧油取入れ口と弁穴とを有する弁本体と、
両端と中央部の3か所にランド部を有し中央ランド部は
前記弁穴の中央部に、両端ランド部は同じく両端部にそ
れぞれ嵌合するように配置されたスプールとからなり、
前記中央ランド部の両側部と前記弁穴の中央部との間に
可変絞りを、前記両端ランド部と前記弁穴の両端部との
間に固定絞りをそれぞれ形成し、これによって、スプー
ル弁方式を採用し、かつ極めて簡単な回路構成にでき、
部品点数を大幅に減少させてより安価に製作できるとと
もに制御精度を比較的容易に確保できるようにしたもの
を提案した。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
公昭57−41610号公報に記載のものでは、スプー
ルの差圧のみにより作動するため、外力によって変化す
る対向する静圧ポケット内の圧力変動に対する応答遅れ
が発生して高速に向かないばかりでなく、静圧ポケット
内の圧力を制御することができず、しかも僅かな加工精
度の差によってヒステリシスが発生して高精度化に対応
できないといった問題点があることが判った。
【0008】本発明は上記に鑑み、スプールの差圧変動
に対する応答性を向上させ、外力によって変化する対向
する静圧ポケット内の圧力変動に敏感に対応できるとと
もに、ビビリ振動の発生を極力抑制できるようにした静
圧定比制御弁を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る静圧定比制御弁は、長さ方向ほぼ中央
に圧油取入れ口を有し、かつ同取入れ口に交叉するよう
に両端が太く中央が細く穿孔された弁穴を有する弁本体
と、両端と中央部の3か所にランド部が形成され、中央
ランド部は前記弁穴の中央部に、両端ランド部は前記弁
穴の両端部に形成された両端室にそれぞれ嵌合するよう
に設けられたスプールと、からなり、前記中央ランド部
の両側と前記弁穴中央部との間に可変絞りを形成すると
ともに、前記中央ランド部と両端ランド部の間にそれぞ
れ前記可変絞りを介して連通する室を形成し、前記両端
ランド部と前記弁穴の両端部との間に該両端ランド部の
外周面に設けたこの軸方向に延びる溝で構成した固定絞
りをそれぞれ形成し、前記中央ランドの外周部に軸方向
に形成した逃げ溝により前記中央ランド部と両端ランド
部の間の室同士を常時連通させ、前記固定絞りを介して
前記スプールの両端面に所定圧のプリロード圧力が作用
するようにしたことを特徴とするものである。
【0010】
【0011】
【作用】上記のように構成した本発明によれば、常に所
定圧に制御された静圧プリロードをスプールの両端面に
かけておくことにより、外力によって対向する静圧ポケ
ット内の圧力が変動した場合に、この圧力変動に敏速に
対応させてスプールの応答性を良くすることができる。
また、固定絞りを溝によって構成することにより、加工
精度の向上と自由度の増大を図ることができる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。この実施例は、負荷部1の周囲に、互いに対向
する2対(計4個)の静圧ポケット2を有する静圧軸受
3の各対向する静圧ポケット2に2個の静圧定比制御弁
4を使用して圧油を供給するようにしたものである。
【0013】即ち、静圧定比制御弁4の弁本体5には、
その長さ方向ほぼ中央に圧油取入れ口6が、この取入れ
口6と交叉するように両端が太く中央が細く形成された
弁穴7がそれぞれ設けられている。
【0014】そして、前記弁穴7の内部にスプール8が
収納されているのであるが、このスプール8は、両端と
中央部の3か所にランド部9,10,10を有し、この
中央ランド部9が前記弁穴7の中央部7aに、両端ラン
ド部10は同じく両端部7bにそれぞれ滑合するように
配置されているとともに、前記弁穴7の両端開口部は、
蓋体11によって閉塞されている。
【0015】なお、前記スプール8の両端ランド部10
の一方は、組み立ての便を図るためのスプール補助カラ
ー8aによって構成されている。
【0016】前記弁穴7の中央部7a内には、前記圧油
取入れ口6に連通する大径部7cが形成されているとと
もに、この内径は、前記スプール8の中央ランド部9の
外径とほぼ等しく設定され、更に前記中央ランド部9の
両側に尖頭状のテーパ部9a,9bが設けられて、ここ
に可変絞り12a,12bが形成されている。更に、前
記中央ランド部9の外周面には、その長さ方向全長に亘
って逃げ溝9cが設けられている。
【0017】これによって、圧油取入れ口6に供給され
た高圧流体は、大径部7cから可変絞り12a,12b
を通過して、中央ランド部9と各両端ランド部10,1
0との間にそれぞれ形成された室13,14に流れるの
であるが、ここに前記可変絞り12a,12bの大き
さ、即ち、弁穴7の中央部7aと中央ランド部9のテー
パ部9a,9bとの間に形成される隙間の大きさは、ス
プール8の位置により変化し、しかも、逃げ溝9cによ
って、前記大径部7cと前記各室13,14とが常に連
通するようなされている。
【0018】一方、前記各両端ランド部10の外径は、
弁穴7の両端部7bの内径とほぼ等しく設定され、更に
この外周面にも、その長さ方向全長に亘る溝10aが設
けられて、固定絞り15a,15bが形成されている。
【0019】即ち、前記室13,14に供給された圧油
は、この溝10aで構成された固定絞り15a,15b
から両端ランド部10,10の端部に形成されている室
16,17に流れ、しかもこの固定絞り15a,15b
の大きさは、スプール8の位置にかかわらず常に一定と
なるようなされている。
【0020】このように、固定絞り15a,15bを溝
10aで構成することにより、この溝10aを、例えば
超精密スライサによって高い面精度に加工して、この形
状及び寸法精度を高め、更にはこの断面形状の自由度を
高めることができる。
【0021】そして、前記室16,17に流入した圧油
は、吐出口18,19から互いに対向する静圧軸受3の
静圧ポケット2,2に供給されて、この負荷部1を支持
し、軸受隙間を経て大気中またはタンク中に放出され
る。
【0022】ここに、前記室16,17には、逃げ溝9
cおよび固定絞りを通じて常に圧油が供給されて、両端
ランド部10,10には所定圧の圧力プリロードが作用
する。これによって、常に所定圧に制御された静圧プリ
ロードをスプール8の両端ランド部10,10にかける
ことで、外力によって対向する静圧ポケット2,2内の
圧力が変動した場合に、この圧力変動に敏速に対応させ
てスプール8の応答性を良くするとともに、静圧ポケッ
ト2,2内の圧力を制御することができるようなされて
いる。
【0023】次に、前記静圧定比制御弁4では、その構
成要素の諸元を一定の関係にすることで、負荷変動によ
らず軸受隙間が一定となる無限剛性の状態とすることが
可能である。そこで、無限剛性となるため条件につい
て、図3に示す性能特性図及び図4に示す構造解析図を
参照して説明する。
【0024】ここに、各記号の諸元は、下記の通りであ
る。
【0025】A0 ;スプール8の中央ランド部9の直径
(mm) A1 ,A1 ′;スプール8の両端ランド部10の直径
(mm) R1 ,R1 ′;対向する静圧ポケット2の形状係数 R2 ,R2 ′;固定絞り15a,15bの絞り係数 R3 ;可変絞り12aの絞り係数 R4 ;可変絞り12bの絞り係数 Ps ;供給圧(Kgf/cm2 ) P1 ;室16の圧力(Kgf/cm2 ) P2 ;室13の圧力(Kgf/cm2 ) P3 ;室14の圧力(Kgf/cm2 ) P4 ;室17の圧力(Kgf/cm2 ) t1 ,t2 ;静圧軸受4の互いに対向する静圧隙間(m
m) μ;粘性係数(Kgf-sec/cm2 ) q1 ,q2 ;対向する静圧ポケット2の流量(cm3 /mi
n) 先ず、通過流量連続の式から、各ポケット部流量q1
2 は、
【0026】
【数1】 と現すことができる。
【0027】また、可変絞り12a,12bの絞り係数
2 ,R3 は、スプール8が中立位置の時の絞り係数を
Ra とすると、 R3 +R4 =2Ra …(3) と現すことができ、更に、スプール4の釣り合い条件か
ら、 A1 1 +(A1 ′−A0 )P3 =A1 ′P4 +(A1 −A0 )P2 …(4) 上記式(1) 〜(4) から、各静圧隙間t1 〜t2 を求める
と、
【0028】
【数2】 これにより、スプール8の中央ランド部9の直径A0
スプール8の両端ランド部10の直径A1 ,A1 ′静圧
ポケット2の形状係数R1 ,R1 ′及び固定絞り15
a,15bの絞り係数R2 ,R2 ′が決まれば、この隙
間t1 ,t2 は一義的に決まり、圧力(負荷)には無関
係で、無限剛性対向静圧が成立することが判る。
【0029】また、その比は、
【数3】 となる。この式で、スプール径の異なる場合は、R1
1 ′,R2 =R2 ′とすることで、
【数4】 となり、固定絞りの異なる場合は、A1 =A1 ′,R1
=R2 ′とすることで、
【数5】 となる。更にポケット形状の異なる場合は、A1
1 ′,R2 =R2 ′とすることで、
【数6】 となる。また、左右全て等しい場合には、t1 /t2 =
1となり、軸は中心値で剛性無限大となる。
【0030】ここに、実静圧隙間と無限剛性対向静圧成
立隙間との差異が大きくなると、静圧剛性が急激に低下
してしまうので、実静圧隙間を極力無限剛性対向静圧成
立隙間に合致させ、少なくとも実隙間と理論隙間のかい
離を10%以内とするのが望ましい。
【0031】上記実施例において、重量65gのスプー
ル8と、VG46で油温36℃の作動油とをそれぞれ使
用して、スプール8を水平にした時と垂直にした時の状
態を測定した結果を下表に示す。
【0032】
【表1】 これにより、水平で定比弁として圧力を同一にしておい
た状態から、垂直にすることで、この表に示す範囲内で
プリロード静圧をかけることができることが判る。
【0033】更に、実際の回転中心を理想回転中心に置
くため、回転主軸重量を受ける負荷に相当するポケット
を設けたり、静圧ポケット2の面積を主軸重量を受ける
分だけ増加させるようにすることもできる。
【0034】なお、上記実施例は、対向形静圧定比制御
弁として使用した例を示しているが、複数の静圧ポケッ
トを並列して設けた片側形静圧滑面用のスラスト軸受等
の制御弁として使用することもできる。
【0035】
【発明の効果】本発明は上記のような構成であるので、
剛性無限大の静圧隙間を構成するとともに、外力によっ
て変化する静圧ポケット内の圧力変動に敏速に対応させ
て応答性を良くすることができる。更に、外力によって
変化する対向する静圧ポケット内の圧力を制御すること
により、理論中心位置に静圧スピンドルの軸心を一致さ
せ、これによって、ビビリ振動の発生を極力抑制するこ
とができるといった効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の概要を示す断面図。
【図2】図1のAーA線断面図
【図3】静圧定比制御弁の性能特性図。
【図4】同じく、構造解析図。
【符号の説明】
1 負荷部 2 静圧ポケット 3 静圧軸受 4 静圧定比制御弁 5 弁本体 6 圧油取入れ口 7 弁穴 7a 中央部 7b 両端部 8 スプール 9 中央ランド部 10 両端ランド部 10a 溝 12a,12b 可変絞り 13,14,16,17 室 15a,15b 固定絞り 18,19 吐出口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特公 昭57−58529(JP,B2) 特公 昭57−41610(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F15B 13/06 B24B 41/04 F16C 32/06

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】長さ方向ほぼ中央に圧油取入れ口を有し、
    かつ同取入れ口に交叉するように両端が太く中央が細く
    穿孔された弁穴を有する弁本体と、 両端と中央部の3か所にランド部が形成され、中央ラン
    ド部は前記弁穴の中央部に、両端ランド部は前記弁穴の
    両端部に形成された両端室にそれぞれ嵌合するように設
    けられたスプールと、からなり、 前記中央ランド部の両側と前記弁穴中央部との間に可変
    絞りを形成するとともに、前記中央ランド部と両端ラン
    ド部の間にそれぞれ前記可変絞りを介して連通する室を
    形成し、 前記両端ランド部と前記弁穴の両端部との間に該両端ラ
    ンド部の外周面に設けたこの軸方向に延びる溝で構成し
    た固定絞りをそれぞれ形成し、 前記中央ランドの外周部に軸方向に形成した逃げ溝によ
    り前記中央ランド部と両端ランド部の間の室同士を常時
    連通させ、前記固定絞りを介して前記スプールの両端面
    に所定圧のプリロード圧力が作用するようにしたことを
    特徴とする静圧定比制御弁。
  2. 【請求項2】前記弁本体の姿勢角度を調整し、スプール
    の自重によって該スプールの両端ランド部にかかる圧力
    プリロードの圧力差を調整するようにしたことを特徴と
    する請求項1記載の静圧定比制御弁。
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