JPH02500992A - 複合型空気作動弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 複合型空気作動弁 技術分野 本発明は、ミサイル操縦装置に係り、より詳細には、電気及び空気により作動さ れる制御弁であって、ミサイルの操縦箕面又はジンバル装着型モータ・ノズルを 駆動するためのアクチュエータの制御を行うための作動弁に関する。

背景技術 ミサイル及び宇宙空間飛翔体は、その飛翔経路を変化させるための制御システム 、すなわち、操縦系統を使用している。この制御システムは、代表的な場合、ア クチュエータを使用し、このアクチュエータはフィン又はノズルを回転させる。

このフィンは空気力学的制御を行うためのものであり、ノズルはジンバルを備え ていて推力のベクトルを制御する作用をするものである。このアクチュエータは 、代表的な場合、電気、油圧、又は空気によって駆動される。研究の結果によれ ば、低温ガスを動力源とするアクチュエータは、費用、重量、寸法、及び複雑性 において、他のアクチュエータ、すなわち、戦術ミサイルの操縦フィン、及び、 モータのノズルのアクチュエータより優れている。しかしながら、従来技術に基 づく空気作動方式のアクチュエータは、出力が０．　５ないし２．０馬力である 場合には、周波数帯域幅が代表的な場合で１５ないし２５ヘルツであり、これに 対して、新しい戦術ミサイルにおいては、周波数帯域幅を３０ないし４５ヘルツ の範囲にすることが要求される。

一般的には、非平衡型ピストン・アクチュエータと平衡型ピストン・アクチュエ ータとが使用される。この非平衡型ピストン・アクチュエータと平衡型ピストン ・アクチュエータとをそれぞれ第１図及び第２図に示す。この第１図及び第２図 に示したピストン・アクチュエータを試験した結果によれば、非平衡型ピストン ・アクチュエータは１つのフィンを駆動するために２つの弁が必要であり、これ に対して、平衡型ピストン・アクチュエータの場合には４つの弁を必要とするこ とが判った。代表的な場合、使用される弁はソレノイドで作動するポペット弁で あり、このポペット弁は圧力バランス型でなく、従って、アクチュエータの出力 を増大させるためには、ソレノイドの出力ストロークを増大する必要がある。こ の結果から、アクチュエータの出力を増大させれば、弁の応答性が低下して、ア クチュエータの周波数帯域幅が狭くなる。代表的な場合、平衡型ピストン系統を 駆動するためには、ミサイル毎に１６箇の制御ソレノイドと駆動用の電気回路が 必要であり、この条件を満足させれば制御システムの信頼性に問題が生じる。こ れとは逆に、非平衡型ピストン・アクチュエータの場合には、ミサイル毎に必要 な制御ソレノイド及び駆動用の電気回路の数は１６である。従って、ここで注目 すべき重要なことは、平衡型ピストン・アクチュエータが本来的に非平衡型ピス トン・アクチュエータの４倍の強靭性を有し、同等のサイズのアクチュエータの ２倍の出力を有するという点である。

平衡型ピストン・アクチュエータの長所を利用すべく今日まで行われてきた努力 は殆ど成功していない。その原因は、１６の制御ソレノイド及び駆動回路の要求 がなされたのが、既に説明したように、ソレノイドで作動するポペット弁を使用 する時であったことにある。ポペット弁を複合型の弁に置換しようとする努力が なされたことは明らかである。但し、この場合には、作動流体として、空気でな く、油圧が使用された。ナイキ・ミサイルは本出願の出願人が設計し製造したも のであるが、このミサイルは、直接駆動でありソレノイドで起動するタイプの複 合型弁を使用するための初期の努力であった。これは、−見したところでも、そ の原理においても、本発明の弁に非常によく類似しており、相違している点は、 この従来の弁が４路・４ランドの油圧弁であったという点である。この従来の弁 は、生産性が非常に低く、個別的事項が広範囲に要求され、各弁毎にベンチ調整 をしなければならなかった。公知にしてはいないが、複合型空気作動弁を既に開 発している。この複合型空気作動弁は、周波数帯域幅が３０ないし４５ヘルツで あり、出力が０゜５ないし２．０馬力であった。

本発明は、非平衡型アクチュエータ系統のために必要とされる制御用ソレノイド 及び駆動用電気回路の数を増加させることなく、ミサイルの操縦箕面又はモータ ・ノズルを駆動するために、３０ないし４５ヘルツの周波数帯域幅で２馬力まで 制御可能の平衡型アクチュエータを用いて作動させる複合型空気作動弁を提供す ることを目的としている。

また、本発明は、馬力を増大させても基本的に一定の周波数帯域幅を維持するこ とができる複合型空気作動弁を提供することを目的としている。

さらに、本発明は、弁の構造を大幅に変化させることなく応答特性を維持し、こ れによって、周波数帯域幅を分割する必要のない範囲の流れ、すなわち、馬力と して表すことカ（できるフローを収容し得る弁を提供することを目的としている 。

発明の開示 前記目的は、要約して表現すれば、パルス幅変調（ＰＷＭ）された入力信号が駆 動する１対の対向しているソレノイドによって電気・機械的に駆動され、大出力 であリ、空気作動方式であり、バングバング型であり、かつ、スプール型である 弁によって達成される。前記弁は、平衡型アクチュエータを、３０ないし４５ヘ ルツの範囲で、駆動するために最適なものである。前記弁は、空気取入れ口と、 ベント・ボートと、第１シリンダ・ボートすなわち第１荷重と、第２シリンダ・ ボートすなわち第２荷重とを有し、これらの構成装置は、中央部が閉じであるフ ロｍ−スプールによって、交互に加圧され、ベントされる。スプールが中央の位 置すなわち閉じた位置にある時に、２つの拡大されたランドが前記第１シリンダ ・ボち第２荷重とを覆うように配設されていることは、本発明の特徴とすること である。スプールの中央の位置から完全に開く位置までの範囲のストロークが、 いずれの方向でも、非常に短いから（０，０７６２ないし０．１２７ミリメード ル（０，００３ないし０．００５インチ））、ランドの直径を調節すなわち変更 することによって、弁のフローすなわち定格馬力を制御することができる。

ソレノイドは、平坦な面を有するアーマチャとコアとを用いて、磁束の経路をス プールの縦の中心線から離れた位置に維持し、この作用によって、渦電流を最少 にする作用をする。また、調節可能のバイアス装置がスプールの中央に設けられ 、パルスの形の信号が入力されない時に、このバイアス装置がスプールを閉じる 状態になり、スプールが閉じられた状態すなわち中央の位置にある時に、このバ イアス装置がパイアスカを加えず、スプールが移動した時に、基本的に一定のパ イアスカを加える作用をする。さらに、スプールの芯だしは、本来的に、ベルヌ イ力によ゛って行われる。すなわち、このベルヌイ効果による力が複合型空気作 動弁の内部でスプールの芯だし作用を行う。直線性はパルス幅変調された信号の パルス幅を制御することによって得られるから、非直線性を有するソレノイドを 使用することによって、スプールのストロークを増大させた時に、正味出力を増 大させることができる。

フロー・スプールは本来的に圧力バランス型であるから、そのスプールを用いた 時の弁の応答性を著しく変更することなく、スプールの直径（従って出力能力） を２倍にすることができる。これが可能である理由は、馬力を２倍にしても、ソ レノイドの空気間隙すなわちエアギャップが変化しないからである。２つのスプ ールのランドの直径を大きくした時のスプールの慣性の増大する量は、アーマチ ャの殆ど全ての移動質量を代表している大きい直径と比較すれば、小さい値であ る。スプールの直径を２倍にしたために生じるベルヌイの力の増加の影響は非常 に小さいから、スプールの芯だし用のバイアス装置を調節することによって、補 償することができる。

図面の簡単な説明 ′！Ｊ１図は非平衡型ピストン・アクチュエータの概略図、第２図は平衡型ピス トン拳アクチュエータの概略図、第３図は従来型の空気作動型スプール・バルブ とスプリング駆動のトルクモータとを６する非平衡型アクチュエータの説明図、 第４図は本発明の複合型空気作動弁の断面図、第５図は非対称のスプール・スロ ットの詳細図、第５Ａ図は第５図の非対称のスプール・スロットの一方向の断面 図、第５Ｂ図は第５図は非対称のスプール・スロットの第５Ａ図の反対の方向か ら見た断面図、第６図はソレノイド通電のための可能な遅延時間及び電流限定用 パワー増幅器の回路図、第７図は遅延時間及び電流限定機能のグラフ、第８図は スプールを中央の位置に固定し、アーマチュアを取り付けるための調節用固定具 、第９図は第８図の調節用固定具の詳細図、第１０図は第８図の調節用固定具に 組み付は可能のアーマチュアの詳細図、第１０Ａ図は第１０図のアーマチュアの 線１０Ａ−１ＯＡに沿う断面図、第１１図は本発明に基づくサーボ装置の機能を 示す概略的なブロック図である。

発明を実施するための最良の形態 本発明の対象物の一つの系統の一つのチャンネルの機能線図を第１１図に示す。

この第１１図において、「荷重」のブロックは、飛翔中のミサイルの制御、通常 の場合においては、フィン又はジンバル装着型ノズルの制御を行うために使用さ れる全ての装置を表している。荷重位置検知用ポテンシオメータは荷重に機械的 に接続されており、荷重が移動した時には、この荷重の移動によって、前記ポテ ンシオメータの出力が変化する。端子Ｅ＋及び端子Ｅ−は電源を表している。こ の電源は、例えば、電池（図示せず）であり、この電池は前記ポテンシオメータ の横断方向に設けられ、このポテンシオメータは脚部を有し、この脚部はレジス タ（ｒ　ｅ　ｓ）と平行であり、このレジスタ（ｒ　ｅ　ｓ）は中央のナル會ポ ジション、すなわち、無荷重位置の両側にある。この中央のナル・ポジションは 荷重位置検知用ポテンシオメータの出力と組み合わされて、加算増幅器に送られ 、さらに、シェービング・ネットワーク、すなわち、波形整形回路網に送られ、 エラー信号として出力される。このフィードバック信号は、さらに、ロード・ポ ジション・コマンド信号、すなわち、荷重位置司令信号と組み合わされて、加算 増幅器に送られる。このようにして出力されるエラー信号は、次に、シービング ・ネットワークで変調され、最終的に、パルス幅変調器に入力される。

このようにして整形されたエラー信号は、パルス幅変調器で、予め定められた周 波数を有する鋸歯状信号と組み合わされ、１対の比較器を通って、司令された流 量のために必要なパルス幅にされる。パルス幅変調された出力は対を成している 電源スィッチの一方のスイッチに送られる。このパルス幅変調された出力が加え られるほうのスイッチは、荷重、例えば、フィンの移動方向のスイッチである。

遅延時間及び電流の限定（第７図に示されている）を行うと共にパルス幅変調さ れた信号に応答して電流を供給する回路は電源スィッチの機能回路に含まれてい る。回路のメカニズムの数を装置の遅延時間として使用することができる。これ は、当該分野の技術を用いて裁量の状態になるように選択することができるが、 この機能を発揮させるためのアナログ回路を第６図に示す。対をなしている電源 スィッチは、パルス幅変調された電流を第４図に示すスプール型の弁の第１ソレ ノイド・コイル又は第２ソレノイド・コイルに送る作用をする。

これは本発明の最も重要なことである。

パルス幅変ａ　（ＰＷＭ）ソレノイドのための代表的な電流と移動の軌跡を第７ 図に示す。この第７図において、パルス幅変調時間ｔ３はパルス幅変調されたパ ルスの繰返し周波数（例えば、この例の場合は２５０ヘルツ）に対応する。この ソレノイドの抵抗は、引き込みが充分に少ない時には、定常状態の電流が、限定 されることなく少なくとも時間ｔ１に到達する値より大きい程度になるように選 択される。これによって、時間ｔ１の間、印加される電圧に直接的に比例し、ソ レノイドのインダクタンスに反比例する比率で、電流を、時間と共に、基本的に 直線的に増加させることができる。

時間ｔｌの間に、ソレノイドに最大の電圧が加えられ、毎秒のアンペアターンの 率が最大になることと密接の関連してソレノイドのインダクタンスが最少になり 、これによって、電流の増加率が最大になる。

時間ｔ１の末期に、ソレノイドのエアギャップすなわち空気間隙を迅速に閉じ、 所要のソレノイドの力を維持するために必要なアンペアターンの数を大幅に減少 させ、ソレノイドの力をソレノイドを後退させた位置に維持するために必要な程 度より小さくすることなく、電流を図に示す限界まで減少させることができる。

ソレノイドのドロップアウトが時間ｔ２の端部で開始された時に、レリーズする ために必要な電流の減少を小さくし、従って、ドロップアウト時間を最少にする ことができる。

実際の電流の限界は、代表的な場合、尖頭値の０ないし２０パーセントである。

従って、第７図は、電源に合理的に適当なサイズのキャパシタを加えれば、電源 から要求される最大電流を尖頭値の約２０パーセントまで減少させることが可能 であり、従って、タイムピリオツドｔ２の時の尖頭値の要求がキャパシタによっ て達成され、時間ｔ３の残余の時に、キャパシタが充電されることを示している 。さらに、時間で遅延電流を限定することによって、ソレノイドの加熱を大幅に 軽減することができ；加熱が電流の二乗に比例するから、時間ｔｌＯ後に、電流 が尖頭値の約２ないし４パーセントまで減少する。

これを要約すれば、このパルス幅変調されたソレノイドの電流を制御するために タイムディレー、すなわち、遅延時間が掛けられ、電流が限定されれば、ソレノ イドのドロップアウト・タイムと、電源から供給すべき平均電流と、ソレノイド の加熱とが最少になる。

ソレノイドに通電されている間、第４図に示すサーボバルブのスプールは、流体 のエネルギーを第１アクチユエータピストン又は第２アクチユエータピストンに 向けるように移動する。これは、別の言葉で表現すれば、ここでも、通常の場合 に、荷重、すなわち、フィン又はジンバル付きノズルに結合されているヨーク又 はリンクが駆動される。

戦術ミサイルシステムにおいては、馬力に対する優先度のみでなく、コマンドさ れた荷重すなわちフィンの位置と実際のフィンの位置とを基本的に直線的でする ことも要求される。システム全体について、この特徴を得るするためには、その システムの構成部材を、例えば、平衡型ピストン・アクチュエータが非平衡型ピ ストン・アクチュエータよりも４倍強靭であり、相当するサイズのための馬力の ２倍の能力であるように選定しなければならない。本発明の複合型の空気作動方 式のバルブは、第４図に示すように、平衡型ピストンを使用する空気作動方式の アクチュエータに使用するための特殊な構造である。

電気機械的に駆動されるフロー・スプールを有するバルブの発想は、空気作動型 アクチュエータにおいては、新しいものではない。しかしながら、従来の手段は 、典型的には、第３図に示すように、スプリングを用いてフロー・スプールを押 して直線性を向上させる構造のトルクモータを採用し、又は、スプリングを用い て直線性を作り出す平坦面を有するソレノイドより非常に遅くて弱いが直線性が 良いプランジャ・タイプのソレノイドを駆動することによって、直線性を得るも のであった。与えられた１段増幅は、圧縮されたスプールのスプリングがスプー ルを、加えられた力とちょうど平衡するまで移動させる力、理論的にはコマンド 信号とスプールの移動との直線性を得る力を発生させた。しかしながら、トルク モータの比較的弱い力、又は、低い力のマージンを、フルストロークのコマンド 位置に近いゼロに近付くスチクションと摩擦とを克服するために利用できるから 、作動はスプールの「スチクション」の面と摩擦で誤差が多い。

本発明の複合型の空気作動方式の弁の最も重要な特徴は、ケージされたスプリン グを用いてスプールを駆動するために、本来的に非直線的なソレノイドを使用す ることである。このケージされたスプリングは、コマンドなしにスプールの中心 に対して充分な力のみを発生させ、スプールがそのストローク上を前進する時に 正味の力の作用が実際に強められるものである。司令された流量と実際の流量と の直線関係は、ソレノイドを駆動するパルスの幅を変調することによって、得る ことができる。弁スプールは完全に開かれるか完全に閉じられるかの何れが（す なわち、バングバング方式の弁）であり、その時間の長さによって、高周波の範 囲で、司令と流量との関係が直線的に変化する。満足し得る作動を得るためには 、第７図に示すパルス幅変調時間ｔ３は、弁スプールを全開状態から全閉状態に するための応答時間の約４倍の値にする必要がある。この場合、応答時間は１ミ リ秒未満であり、パルスの周波数は２５０ヘルツ、すなわち、４ミリ秒の周期で ある。しかしながら、ハード・オーバー・アクチュエータが介在している場合に は、この弁を、アクチエータがコマンド位置の近くになるまで、全開状態に維持 する。

複合型の空気作動方式の弁１５を第４図に示す。この複合型の空気作動方式の弁 １５は弁本体部１６を有し、この弁本体部１６は摺動スプール１８をスリーブ１ ７の孔１９の中に支持している。この摺動スプール１８は１対のランド２０を有 し、このランド２０は、スプールが中心位置、すなわち閉じる位置にある時に、 ２つのスプールが並び、又は、第１荷重及び第２荷重、又は、シリンダ・ボート ２１．２２と並ぶように配設されている。

この２つの部分は、図において、共に、環状のリリーフ２４を有し、図では、第 １シリンダ通路２５と第２シリンダ通路２６が環状のＯリングの溝２８を有する 。この０リングの溝２８はアクチュエータに結合するボルトのためのものである 。外部接続は、勿論、設計の際に選択すべき事項であり、場合によっては、ねじ 部を有する継手を設けることが好ましいこともある。圧力ボート２９にも環状の リリーフ２４を含み、通路及び外部接続は、図面の面で回転された時の状態を示 す。しかしながら、圧力は、ボート２９に対する環状のリリーフ２４を経由して 、孔１９と２つのランド２０によって隔離されたチャンバの中に入る。外部のベ ント結合３０は防塵装置３３を含み、この防塵装置３３はベント結合３０への塵 埃侵入防止、すなわち、ベントの孔３１に対する結合を行２１ａ、２２ａである 。この長孔２１ａ、２２ａは、第５図、第５Ａ図、及び第５Ｂ図に示すように、 スリーブ１７の孔１９の中で等間隔で離れている。この第５図、第５Ａ図、及び 第５Ｂ図は第４図の詳細図である。無負荷のアクチュエータ・シリンダの圧力を 弁の取入れ口の圧力の約１７２にして、適当なアクチュエータの強靭性と荷重の 定格能力を確保することは重要である。圧縮性フローに関してこの関係を得るた めには、ベント・オリフィスの面積を、一般に使用されている油圧のフローの通 常の１対１の比率でなく、吸入口の面積の約２倍にする必要がある。この複合型 空気作動弁の新規の特徴は、非対称フローの長孔２１ａ、２２ａを、オリフィス の面積の比率を、所要の値である２対１にしたことである。

スプールのストロークが０．０７６２ないし０．１２７ミリメードル（０，００ ３ないし０．００５インチ）に過ぎず、この値は非対称フローの長孔２１ａ、２ ２ａの幅の約５パーセントに過ぎないから、この非対称フローの長孔は、インレ フト・フローをこの長孔の右側部で小さく絞り、ベント・フローをこの長孔の左 側部で大きくすることができる。典型的な場合には、このような４つの長孔は、 スリーブ１７の中の２つのスプールのランド２０のそれぞれの反対側にある。

面タイプのソレノイドのアーマチャ３２は弁スプール１８の遠方の端部に結合さ れている。このソレノイドのアーマチャ３２はステム部分３４と面部分３５から 成り、この面部分３５はステム部分３４に対して直角であり、軽量化のための孔 ３６を含み、この孔３６はアーマチャのｆｆ１ｊｌを最少にするためのものであ る。アーマチャ３２は摺動スプール１８に適当な接着剤で固着される。この接着 剤としては、例えばロックタイト（登録商標）６０９を使用することができる。

この接着剤ロックタイト６０９は、ロックタイト社（所在地は米国コネチカット 州（０６１１１）二二一イングトン）が市販しているものである。周縁部又は円 周の細い溝を設けて、スプール及びアーマチャの表面に整合させるように、機械 的作動を選択することは好ましいことである。この組立ては、摺動スプール１８ の遠いほうの端部３８を、ソレノイドのアーマチャ３２の面部分３５を越えて突 出させるように行う。

コアの組立体３９は螺旋形のワイヤ・コイル４０で作られており、このワイヤ・ コイル４０は磁性を帯びたコア用材料を用いてクラッド又は鎧装されている。こ のコア用材料は２つの部分、すなわち、内側ジャケット４１と外側ジャケット４ ２にあり、この内側ジャケット４１と外側ジャケット４２との間には、間隙４４ が形成されている。コア組立体３９の一方の端部は弁本体部１６に整合して、キ ャップ４６によって支持され、このキャップ′４６は弁本体部の中にボルト止め され、コーナのボルト（図示せず）でコア組立体を支持する。アーマチャ３２は 、組み立ての際に、２枚の板状部材４５．４５ａにアエ・ギャップを形成するよ うに、コア組立体３９に配設される。この構造は、コアと交差する磁束の経路を 形成し、アエ・ギャップ４５，４５ａを介してソレノイドのアーマチャを貫くこ とによって、コア組立体の初期のプルを増大させることができる。エンドキャッ プ４６は縦方向の中心線にねじ部を有する孔４８を含み、この孔４８はａＷ１可 能のフロー−スプール・センタリング・ストップ４９を含んでいる。

フロー・スプール・センタリング・ストップ４９は、フロー・スプールの芯出し を行い、そのフロー・スプールを停止させる作用をするためのものである。この フロー・スプール・センタリング・ストップ４９はハウジング５０を有し、この ハウジング５０の外側はエンドキャップ４６のねじ孔に螺合されている。ハウジ ング５０の一方の端部は肩部５１を設けるための細いねじ孔を有し、このハウジ ング５０の反対側の端部の内側にねじ部を有する。このハウジング５０の内側に タペット５２があり、このタペット５２は肩部５１とスプリング５５とを係合さ せる。最後に、ねじ部を有するプラグ５４が長孔５３と端子５６とを有し、この 端子５６が端部に肩部を有し、この端子５６がスプリングを芯出しする構造であ り、このブ°ラグ５４がスプリング５５にプリロードの調節を行い、ケージされ たスプリングを形成する。フロー・スプール・センタリング・ストップ４９は、 長孔５７を介して、タペット５２を、フロー・スプール・ステム１０の遠いほう の端部３８に対して位置決めするように調節可能であり、さらに、調節用プラグ ５４によってタペット５２にプリロードを作用させるための独立の調節を行うこ とができる。このようにして、フロー・スプール・センタリング・ストップは、 任意のタイプの加速環境で、弁のコマンドなしにフロー・スプールを中央の位置 に固定する作用を行い、スプールのセンタリングすなわち芯出し、又は、既に説 明したようにベルヌイの力に関連を有する力の復元を行って、ソレノイドがドロ ップアウトする時に、スプールを迅速に中央の位置に戻し、高い精度の許容度を 必要とすることなく、最終の弁の調節を容品に行うことができる。

また、圧力ポート２９（図示せずに説明する）は高圧ガスの供給源に接続され、 第１シリンダ通路２５と第２シリンダ通路２６とが平衡型ピストンやアクチュエ ータの対向するシリンダに接続されている。図において、左側のソレノイドが通 電され、フロー・スプール１８が左側に移動して、フロー健スプールやセンタリ ングψストップ４９の中のスプリング５５を圧縮する。スプール１８の移動によ って、高圧ガスをシリンダ１に流し、これと同時に、第２シリンダからのガスを 第２シリンダ・ポート２２に送り、ベント３１を通して、外部ベント３０に送る 。排気は、勿論、コア組立体３９を冷却する。ソレノイドの通電が停止された時 には、左右の調節可能のフロー・スプール・センタリング・ストップ４９が、再 び、フロー・スプールを中央に移動させ、フロー・ポート２１．２２を覆って、 ガスの流れを遮断する。トータル・スプール１８のどの方向への移動量が約０． ０７６２ないし０．１２７ミリメードル（約０．００３ないし０．００５インチ ）であるから、スプリング５５によって加えられる初期荷重のセンタリングとし て作用する力は基本的に一定に維持され、モーメントの正味の変化、すなわち、 ベルヌイ効果の軸線方向の分力が図に示す弁で０．９キログラム（２ボンド）で あるから、本来的な復元力と組み合わされて図に示す弁の内部で２．７キログラ ム（６ボンド）である。この組合せによって、通電された時の復元力を３．６キ ログラム（８ボンド）にすることができる。この復元力は、既に説明したように 、タイムディレーされた電流の限定とパルス幅変調されたソレノイドとが組み合 わされた時に、ソレノイドが非常に高い応答性を有する弁になるように発生する 力との関係において小さい。

従って、図に示す本来的に圧力がバランスされるスプール弁を有するスプールの 直径は、従って馬力の能力は、これは、厳密に比較するまでもないことであり、 合理的であることは明らかである。これは具現することができることである。そ の理由は、馬力を２倍にしても、そのためにソレノイドのエア・ギャップが変化 することはないからである。重量を移動させるための主たる作用部分は直径が大 きいアーマチャであるから、２つのランド２０の直径が増加しても、そのために 発生するスプールの慣性が増加する量は少ない。スプールの直径を２倍にしたた めのベルヌイの力の増加分は非常に少ないから、所要のドロップアウト・タイム を維持するように調節すれば、調節可能のセンタリング・ストップ４０のプリロ ード・スプリングを容易に吸収することができる。本発明の弁は、特にバランス されたピストンの空気作動方式のアクチュエータと組み合わせた場合には、高い 周波数応答性と大きい馬力とを発生させる。これは、特に、戟術ミサイルの制御 システムの空気作動方式の起動に適している。

スプール１８の無荷重の位置から、すなわち、中心から外れた位置から、一つの 方向の移動を完了する位置までの移動距離は、僅かに０．０７６２ないし０．　 １２７ミリメードル（０，００３ないし０．００５インチ）であり、このことを 考慮すれば、アーマチャ３２とコア組立体３９との間のエア・ギャップ４５を設 定することは極めて重要である。これは０．１ミリメートル程度（十分の数十イ ンチ）以内に維持しなければならず、これと同時に、アーマチャ３２とコアの表 面との間の移動距離を０．　１ミリメートル程度（十分の数十インチ）以内に維 持しなければならない。これらの致命的に重要な寸法を形成するためには、スプ ール・スリーブの孔６５を作るように設定した部材に、第８図に示す直径Ｃの孔 をカウンタ・ポーリングする。このポーリングを行う時には、コア組立体の表面 ４７がスプールの移動に対して直角に突き当たるように、また、弁本体部（第８ 図）に肩部の表面Ａを維持するようにする。

第８図に示す調節固定具は、流量測定に基づいてスプールを、このスプールの中 央の位置に固定するために使用される。これを使用する時には、弁本体部１６を 固定具の基部に取り付け、スプールのランド２０を弁本体部（第４図）のポート ２１．２１に正確に整合するようにトリムした後に、摺動スプール１８を孔１９ に挿入し、アーマチャ３２を磁石式取付は具６０と共にスプール１８の端部３８ で摺動させる。その後に、低圧ガス供給源をフローメータを介して弁本体部１６ の圧力ポート２９にフックアップすれば、スプール１８を位置決めすることがで きる。このスプール１８の位置決めはマイクロメータ調節器６１の調節によって 行い、このマイクロメータ調節器６１の調節は蝶ねじ６２を回転することによっ て行われ、この蝶ねじ６２の回転は吸入ガスの流量が最少になるまで行う。この 吸入ガスの流量はポート６３゜６４の間を接続するシャントによって最少にされ る。このボー）６３．６４はシリンダ通路２５．　２６　（第４図）に接続され ている。これは、弁の無荷重位置、すなわち、中心から外れた位置を表し、弁の スプールはマイクロメータ調節器６１によってこの状態に固定される。その後に 、磁石式の取付は板６０が弁本体部１６に留め具６６で固定され、これは磁石で あるからアーマチャ３２を取付は板に適当な許容度で保持されるから、これは自 動的に取付は板６０としてエア・ギャップをプリセットし、表面りがコア組立体 ３９を代表する。アーマチャ３２がスプール１８に割り出された時に、ロッルタ イト６０９又はその相当品の１滴がスプール１８の遠いほうの端部３８の内面と アーマチャ３２の内径の面との間に滴下されて、この両者の間隙に「侵入コする ことができる。このようにして組まれた組立体は、ジグに取り付けられたまま、 摂氏６５．６度（華氏１５０度）で２時間加熱されて接着剤がキュアされる。そ の後に、アーマチャがフロー−スプールに割り出され、ソレノイド・ストローク 産業上の利用可能性 本発明の複合型空気作動弁は、バランスされたピストンを空気で作動させるアク チュエータを使用するための特定された形状を有するものであり、特に、高い周 波数応答性と大きい馬力とが要求される戦術ミサイルのフィン又はノズルを制御 するための空気作動方式のアクチュエータに適当なものである。

浄書（内容に変更なし） 浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ、６ 浄書（内容に変更なし） ｑ　ノＩこ　（７：／ベア） ＦＩＧ、１０ 浄書（内容に変更なし） 手続補正書（方式） 平成１年７２月２に日（至）１

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．中央の位置で閉じられ、開閉時間が非常に短く、パルス幅変調された司令信 号によって電気・機械的に駆動されるように取り付けられて、高い周波数帯域幅 を有する平衡型ピストン・アクチュエータを駆動する高出力・バンダバンダ型・ スプール型であって空気作動方式の複合型空気作動弁であり； 貫通孔と、圧力取入れ口と、外部逃気口と、１つ以上の非対称の長孔によって形 成された第１シリンダ・ポート及び第２シリンダ・ポートとを有する弁本体部と ；前記弁本体部の貫通孔に摺動可能の状態で配設され、前記中央の位置にある時 に前記第１シリンダ・ポート及び第２シリンダ・ポートを覆うように配設された ２つ以上の拡大された第１ランド及び第２ランドを有し、１方向に移動した時に 前記圧力ポートを前記第１シリンダ・ポートに接続し、前記逃気口を前記第２シ リンダ・ポートに接続し、前記スプールの反対方向に移動した時に前記圧力ポー トを前記第２シリンダ・ポートに接続し、前記逃気口を前記第１シリンダ・ポー トに接続する弁スプールと； 前記スプールが移動した時に前記シリンダ・ポートを逃気させ、前記スプールが 移動して前記圧力ポートを前記シリンダ・ポートに接続した時に前記シリンダ・ ポートの面積が前記シリンダ・ポートの面積より大きくなるように、前記第１シ リンダ・ポート及び第２シリンダ・ポートを形成する前記非対称長孔と； 平坦面のアーマチャと前記アーマチャを有するコア組立体とを有し、前記スプー ルの対応する端部に取り付けられて前記コア組立体から離される第１ソレノイド 及び第２ソレノイドと； 前記パルスの司令信号がない時に前記スプールを前記閉じられる中央の位置に押 し、前記閉じられる中央の位置にある前記スプールに基本的に力を加えず、前記 スプールが移動した時に基本的に一定のカを加え、前記スプールに作用する他の 全てのカが代数学的に合計された時に、前記基本的に一定の力が大きい正味の力 の作用を発生させ、スプールのストロークが増加した時に前記大きい正味の力の 作用によって弁を迅速に開閉するバイアス装置とを有して成る複合型空気作動弁 。
2. ２．パルス幅変調された信号の周波数が２５０ヘルツの範囲であり、前記弁のス プールを閉じた状態から全開まで、及び、開かれた状態から閉じるまで移動させ るための応答時間が１ミリ秒未満である請求の範囲第１０項に記載の空気作動弁 。
3. ３．前記バイアス装置が前記基本的に一定の力を発生させ、前記基本的に一定の カが前記スプールを中心に移動させるために必要なカ、及び、ドロップアウト・ タイムを１ミリ秒未満にするために必要なカより大きくない強さである請求の範 囲第１項に記載の空気作動弁。
4. ４．前記スプールの前記閉じられる中央の位置から前記全開される位置までの移 動量が、定格値で０．０７６２ないし０．１２７ミリメートル（０．００３ない し０．００５インチ）である請求の範囲第３項に記載の空気作動弁。
5. ５．前記空気作動媒体が前記ソレノイドのコア組立体の上及び周囲で逃気する請 求の範囲第４項に記載の空気作動弁。
6. ６．前記スプールの逃気のための移動の時に、前記シリンダ・ポートの非対称の 長孔の面積が、前記シリンダ・ポートの面積に比例し、前記スプールが前記圧力 ポートを前記シリンダ・ポートに接続させるために移動する時に、前記シリンダ ・ポートの面積が前記シリンダ・ポートの面積の２倍である請求の範囲第１項に 記載の空気作動弁。
7. ７．前記スプールを前記閉じる位置に押すためのバイアス装置が、外部に調節可 能の初期荷重を加えられて。 いるケージ形スプリングである請求の範囲第５項に記載の空気作動弁。
8. ８．前記第１スプールのコア組立体及び前記第２スプールのコア組立体が、前記 パルス変調された司令信号にオン・オフ方式で応答して前記弁のスプールを全開 の状態から全開の状態に移動させる作用コイルを含み、初期の引き込み段階に前 記作用コイルの保持電流を限定し、引き続いて電流を限定しない装置が前記作用 コイルに接続されており、これによって、ソレノイドのドロップアウトタイムが コイルの平均電流及び加熱と共に最少になる請求の範囲第７項に記載の空気作動 弁。
9. ９．前記第１スプールのコア組立体及び前記第２スプールのコア組立体が、磁性 のコア材料で外装されたコイル又はワイヤから成り、前記面タイプのアーマチャ の外径に対向する前記外装部にコアを横断する破断部分があってアーマチャを貫 く磁束の経路を形成し、これによって、磁束の経路が前記弁のスプールの綾軸線 から離れた大きい直径に維持されて渦電流を搬送する導電装置を最少にし、導電 装置の長さを最大にし、このようにして、誘電電流に対する抵抗を最大にし、前 記ソレノィドの磁束と引き込み段階とドロップアウト・タイムの変化の定格値と を向上させる請求の範囲第８項に記載の空気作動弁。
10. １０．さらに、各パルスの幅の周期が前記司令された流量に比例している時に、 前記スプールを閉じる位置から開いた位置に移動させ、前記スプールを開けた状 態に維持するために、応答時間より時間を長くする高周波の電気パルスの幅を変 化させることによって前記ソレノイドを駆動し、これによって、司令信号と実際 の弁の流量との直線関係を確立する装置を有する請求の範囲第１項に記載の空気 作動弁。
11. １１．さらに、各パルスの幅の周期が前記司令された流量に比例している時に、 前記スプールを閉じる位置から開いた位置に移動させ、前記スプールを開いたた 状態に維持するために、応答時間より時間を長くする高周波の電気パルスの幅を 変化させることによって前記ソレノイドを駆動し、これによって、司令信号と実 際の弁の流量との直線関係を確立し、前記ソレノイドを駆動する装置が、さらに 、前記弁のスプールを前記閉じる位置から開く位置まで、及び、開く位置から閉 じる位置までの応答時間より大きい、パルス幅変調周波数のための時間を有する 請求の範囲第９項に記載の空気作動弁。
12. １２．パルス幅変調された信号によって駆動される電気機械起動方式のスプール 弁を介して流体圧力源に接続された１つ以上の平衡型ピストンの流体のアクチュ エータを制御する方法であり、 パルス幅変調された信号を前記スプール弁の応答時間より大きくする一定の周波 数で駆動し、各パルス毎に、最少の時間で前記弁を全開状態にし、 パルス幅変調された司令信号の幅を変化させ、前記パルス幅変調された司令信号 のオンの時間を変化させて、前記司令信号と前記スプール弁を流れる流量との間 の直線性を確立する１つ以上の平衡型ピストンの流体のアクチュエータを制御す る方法。
13. １３．パルス幅変調周波数が２５０ヘルツの範囲にあり、その時間が約４ミリ秒 である請求の範囲第１２項に記載の平衡型ピストンの流体のアクチュエータを制 御する方法。