JPH0381031B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般に電気、油圧式サーボ弁の分野に
かかわり、さらに詳しくは、スプールがスリーブ
すなわちブシユに対して高速度で振動する高性能
サーボ弁にかかわる。

２段スプール部材とスリーブ部材を有する電
気、油圧式サーボ弁を備えることは知られてお
り、それらの相対位置は弁の油圧部分を通る流れ
を制御する。そのようなサーボ弁の二つの例は米
国特許第３，103，739号と第３，228，423号に示
され、それら両方とも参考としてここに取り入れ
られている。

それらの外部形状は知られているが、スプール
部材とスリーブ部材はともに、典型的にJIS規格
のSUS440cステンレス鋼のような比較的硬い材
料で作られた。そのような材料は、スプールおよ
び／またはスリーブの上の流量調整縁とランドが
硬くて長持ちするように、計画的に使用された。

サーボ弁の使用は常に増加してきた。ある使用
では、「硬い」スプールと「硬い」スリーブを備
えることは完全に受け入れられる。

しかし、他の高性能の使用では、典型的にスプ
ールがスリーブに対して毎秒102センチ（40イン
チ）以上の高速度で振動することを要する場合、
スプールとスリーブの滑動面はすりむける傾向が
ある。使用中、そのようなサーボ弁は予測できな
いほど短い寿命を有することがわかり、そしてス
リーブに溶着した「固着した」スプールによつて
しばしば故障を生ずる。検査の結果、そのような
溶着は普通、スプールをスリーブの中に支える軸
受ランドの近くに起こることがわかつた。

実際問題として、異物の粒子は、制御される作
動流体内に常に存在する。弁の故障の少なくとも
一部は、軸受表面の間に異物の存在することによ
り、また不均一な軸受荷重によつて生ずるものと
思われる。

本発明によれば、スプールをスリーブの中に支
える軸受ランドが比較的軟らかい材料で作られ
た、改良されたサーボ弁が得られる。

したがつて本発明は、スリーブ部材の中に滑動
可能に取り付けられたスプール部材を有する弁を
大きく改良する。スリーブ部材は、流体が通つて
流れる複数個の口を有している。スプール部材
は、両部材の相対位置が、流体を制御可能に通し
て流す調整オリフイスを選択的に形成するよう
に、スリーブ部材の口と協働する複数個の流量調
整ランドと縁を有している。

スプール部材とスリーブ部材は従来どおり比較
的硬い材料で作られているが、軸受ランドは、部
材の一つに適当に付着または取り付けられた比較
的軟らかい材料で作られている。

したがつて本発明の一つの目的は、高性能の使
用に特に適する、改良された弁を得ることであ
る。

もう一つの目的は、スプール部材とスリーブ部
材のすりむける傾向が減らされる、改良された弁
を得ることである。

もう一つの目的は、長い使用寿命を有すること
のできる高性能サーボ弁を得ることである。

これらおよび他のそのような目的と利点は、前
記および以下に述べる明細な記述、図面、および
前掲特許請求の範囲によつて明らかになるであろ
う。

本発明によれば、弁スプールがスリーブに対し
て高速度で振動中、スプールのすりむけて周囲の
ブシユすなわちスリーブに溶着する傾向を減らす
ために、高い応答の電気−油圧式サーボ弁に使用
するに特に適する独特の改良が得られる。この好
ましい実施例では、スプールとスリーブのおのお
のはロツクウエル「Ｃ」スケール（以下「R_c」）
で約55から65までの硬さを有する440Cステンレ
ス鋼のような、比較的硬い材料で作られている。
しかし、スプールの端部は、好ましくはロツクウ
エル「Ｂ」スケール（以下「R_b」）で45から100
までの範囲の、比較的軟らかい材料で作られた軸
受ランドを備えている。その理由は、軸受ランド
とスリーブの間にはいる異物の粒子は、設計によ
つて、軟らかい軸受ランドの中にみずからを埋め
ることができるようになるからである。そのよう
な計画的吸収は、軸受ランドとスリーブの間に潤
滑される界面から異物の粒子を効果的に除去し、
その結果、スプールとスリーブのすりむけていつ
しよに溶着する傾向を減らすと信じられる。

本発明を図面に示し、それは在来のスリーブす
なわちブシユ１１の中に滑動可能に取り付けられ
た、改良された弁スプール１０を含んでいる。

スリーブ１１は基本的に、左端の閉鎖部１２と
右端の閉鎖部１３を備えた水平に延びる円筒形の
管である。これらの端の閉鎖部は、流体を左と右
のスプールの端の室１６，１８に選択的に出入さ
せることができるように、それぞれ穴１４，１５
によつて貫かれている。周知のように、スプール
を望みの方向に移動させるために圧力差がスプー
ルの端の室に加えられる。スリーブ１１は、図示
のようにさらに五つの半径方向の穴、すなわち加
圧流体の適当な供給源（図示せず）に通じる中央
供給口１９、おのおのが油だめまたはドレン（図
示せず）に通じる左と右の戻り口２０，２１、お
よび作動器（図示せず）のような油圧で作動する
装置に作用接続される左と右の制御口２２，２
３、を備えている。周知のように、環状グループ
２４，２５，２６はスリーブの円筒形内面２８か
らスリーブの中に延び、そしてこれらのグルーブ
は、口２０，１９、および２１にそれぞれ通じて
いる。スリーブは図面にいくぶん略図的に示され
ているが、それは在来の設計のものであつて、
R_c55から65までの硬さを有する440cステンレス
鋼のような比較的硬い材料で作られている。

外見上、改良されたスプール１０は、独特の軸
受ランドを備えていることを除き、在来の３つの
円筒状突出部形の設計と同様に見える。第１図に
示すスプールの中央位置すなわち中立位置で、左
の円筒状突出部２９は戻り口２０を閉鎖し、中間
の円筒状突出部３０は供給口１９を閉鎖し、そし
て右の円筒状突出部３１は戻り口２１を閉鎖す
る。これらローブのおのおのは、１対の軸線方向
に間隔を置いた調整ランドを有している。明確に
述べると、左の円筒状突出部２９はランド３２，
３３を、中間の円筒状突出部はランド３４，３５
を、そして右の円筒状突出部はランド３６，３８
を有している。これら調整ランドのおのおのの周
囲表面は、スリーブの内面２８の最も近い部分に
密接して面している。各ランドの外側調整縁は、
スプールがその中立位置にあるとき、協働する供
給口または戻り口の制御縁と一致するように、正
確に研削されている。スプールがそのような中立
位置にあるとき、供給口と戻り口は閉ざされてい
て、弁を通る流れはない。スプールがこの中立位
置から左方へ移動すると、中央の円筒状突出部３
０のランド３５は調整オリフイスを露出し、そこ
を通つて供給圧力は制御口２３に流れる。同時
に、制御口２２は戻り口２０を経てドレンに通じ
る。スプールが中立位置から右方へ動くと、作動
は、逆であるが同様である。こうして、スプール
１０のスリーブ１１に対するそのような選択的位
置は、油圧で作動する機構について流体の流量を
制御する。

ここに開示する改良されたスプール１０は、ス
プールを支える軸受ランドがスプールの他の部分
が作られている材料と異なる材料で作られている
ことが、先行技術のスプールと異なつている。図
面によく示されているように、スプールの左端部
分３９は、スプールの左の端面４１から右方へ延
びて左の円筒状突出部のランド３３に合併する円
筒形表面４０を有している。同様に、スプールの
右端部分４２は、スプールの右の端面４４から左
方へ延びて右の円筒状突出部のランド３６に合併
する円筒形表面４３を有している。改良された軸
受ランドを除き、スプールはスリーブが作られる
ものと同じ比較的硬い材料で作られる。

各個に４５で示す軸受ランドは、スプールの端
の部分、または軸受を欲するある他の位置に備え
られる比較的軟らかい材料の環状ボデー４６に設
けられる。その好ましい実施例では、軸受材料は
金属溶射法によつてスプールに永久的に付着され
る。そのかわりに、そのような軸受材料は電気め
つき法によつて付着されるか、またはそのような
材料のスリーブがスプールの端の部分にプレスば
めされる。もちろん、軸受ランドが作られる比較
的軟らかい材料をスプールに取り付けるために、
他の技法も使用することができる。

軟らかい材料４６が付着されるかまたは他の方
法でスプールに取り付けられたのち、それは各個
に４５で示す別個の軸受ランドの１群をつくるた
めに機械加工され、そして研削される。その好ま
しい実施例では、そのような材料４６はまた、左
と右の円筒状突出部に最外方のランド３２，３８
をつくるように形づくられる。

従来、そのようなスプールとスリーブはともに
ステンレス鋼のような比較的堅い材料で作られ
た。この理由は、スプールおよび／またはスリー
ブの上の調整縁とランドは、寿命を延長できるよ
うに堅くすることが重要と考えられるからであ
る。実際問題として、異物の粒子は作動流体内に
常に存在し、そして非常に研摩性のものがある。
スプールとスリーブの直径上のすきまは、典型的
に１−¹／₂マイクロメートルから４マイクロメー
トルまでの範囲にある。したがつて、半径上のす
きまは、³／₄マイクロメートルから２マイクロメ
ートルまでの程度である。典型的な高性能サーボ
装置は、15マイクロメートル以上の粒子のみをふ
るいにかけることのできるろ過器を有している。
したがつて、作動流体は、軸受表面の間に置かれ
る異物の粒子を普通含んでいる。

使用中、調整オリフイスはそこを通る流体の流
れによつて洗われて冷却されるものと思われる。
しかし、これは軸受ランドと、スリーブの最も近
い壁との間のすきまではそうでない。同時に、流
体は異物の粒子の運搬物として働き、もし異物の
粒子が軸受とスリーブの間にはいるならば、すり
むきを生じ、そしてついにスプールをスリーブに
溶着させて弁に故障を生ずる。

そのような故障の正確な理由は、理論的なもの
である。しかし、すりむける問題は、高い動的応
答を有するサーボ弁に特有であるように見える。
例えば、そのようなサーボ弁は振動装置を作動さ
せるために使用されるであろう。そのような場
合、スプールは高い振動数で前後に振動するであ
ろう。時間の関数としてのスプールの速度は正弦
波の形で変化し、そして毎秒102センチ（40イン
チ）以上のピーク振幅速度を有している。

そのような高速状態で軸受とスリーブの間に異
物の細片が存在すると、局部的な流体の加熱を生
じ、それによつて潤滑性を損なう。そこには流体
または異物の動力学の大きな影響があるであろ
う。そのような細片の存在はまた、スプールをス
リーブに対して立ち上げようとさせるかもしれな
い。実際、製作公差と、不完全なスプールとスリ
ーブの穴の形状寸法も、偏心と不均一な軸受荷重
の原因となる。

そのような不完全に帰せられる問題は認識され
たが、先行技術では実行可能な解決方法を得られ
ないと信じられている。そのような先行技術の高
性能サーボ弁では、スプールとスリーブは、とも
に典型的に比較的硬い同じ材料で作られた。その
ような堅い材料は、調整オリフイスを形成する作
用縁が研摩性異物の影響を受けて急速に浸食され
ることがないように、計画的に使用された。しか
も、そのような先行技術の弁は、あるものは長い
寿命であつたが他のものは短い寿命しかなく、予
測できないように破損する。

先行技術の前記欠陥は、本質的にバイメタルの
弁スプールを備える本改良によつて克服される
か、または減らされると信じられる。スプールの
調整縁とランドは、従来どおりR_c55から65まで
の堅さを有する440cステンレス鋼などのような比
較的硬い材料で作られている。しかし、改良され
たスプールは、R_b45から100までの範囲の硬さを
有する青銅などのような比較的軟らかい材料で作
られた軸受ランドを有している。そのような軟ら
かい軸受材料の使用は、多くの重要な利点を有す
ると信じられる。第一に、異なる金属のものであ
るから、スリーブと軸受ランドは溶着する傾向が
ない。第二に、軸受ランドとスリーブの間にはい
る異物の粒子は、軟らかい軸受材料の中にみずか
らを埋める。これは、それらの存在を効果的に除
去する。第三に、製作または粒子の損傷による表
面の不整は、軟らかい軸受材料が局部的にたわん
で滑らかにこするのでみずからよい状態にする。

そのような軟らかい軸受は、図示のようにその
好ましい実施例のスプールの端の部分に備えられ
ているが、それらは他の位置に備えられてもよ
い。実際、望むならば、スプールを硬い材料で作
り、そして軟らかい軸受をスリーブに備えること
ができる。440cステンレス鋼の使用はただ、硬い
材料の一つのタイプの例にすぎない。ここに使用
される「比較的硬い」という語は、約R_c55から
65までの硬さを意味する。同様に、青銅はただ、
軟らかい材料の一つのタイプの例にすぎない。こ
こに使用される「比較的軟らかい」とは、R_b45
から100までの硬さを意味する。

したがつて、本発明のその好ましい実施例を図
示して説明し、そしていくつかのその改変を説明
したが、当業者は、前掲特許請求の範囲によつて
明らかにした本発明の主旨から逸脱することな
く、種々な追加変更と改変が加えられることを容
易に理解するであろう。

【図面の簡単な説明】

図面は、電気−油圧式サーボ弁のスリーブの中
に滑動可能に取り付けられた、改良されたスプー
ルの縦方向の垂直断面図である。 図面の符号、１０は「スプール部材」、１１は
「スリーブ部材」、１２は「左端の閉鎖部」、１３
は「右端の閉鎖部」、１４，１５は「穴」、１６は
「左のスプールの端の室」、１８は「右のスプール
の端の室」、１９は「中央供給口」、２０は「左の
戻り口」、２１は「右の戻り口」、２２は「左の制
御口」、２３は「右の制御口」、２４，２５，２６
は「環状グルーブ」、２８は「スリーブの円筒形
内面」、２９は「左の円筒状突出部」、３０は「中
間の円筒状突出部」、３１は「右の円筒状突出
部」、３２，３３，３４，３５，３６，３８は
「複数個の調整ランド」、３９は「スプールの左端
部分」、４０，４３は「円筒形表面」、４１は「ス
プールの左の端面」、４２は「スプールの右端部
分」、４４は「スプールの右の端面」、４５は「軸
受ランド」、４６は「環状ボデー」を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ スリーブ部材の内部に滑動可能に取り付けら
   れたスプール部材を有する弁にして、前記スリー
   ブ部材が流体を通して流すことができる複数個の
   口を有し、前記スプール部材が前記スリーブ部材
   の口と協働する複数個の調整ランドを有し、前記
   両部材間の相対位置が前記ランドと口との間の調
   整オリフイスを画成するようにし、前記オリフイ
   スを通して流体が選択的に流れ、そして前記両部
   材が比較的硬い材料によつて形成されてなる弁に
   おいて、 前記スプール部材に設けられかつ前記スリーブ
   部材に対して最も近接した部分に滑動可能に係合
   するようにされた軸受ランドにして、比較的軟ら
   かい材料によつて形成された軸受ランドを包含
   し、 それによつて前記両部材が両部材間の高い相対
   速度ですりむける傾向を減少することができるよ
   うにした、 ことを特徴とする弁。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の弁において、
   前記比較的硬い材料がR_c55乃至R_c65の硬度を有
   することからなる弁。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載の弁において、
   前記比較的軟らかい材料がR_b100未満の硬度を有
   することからなる弁。 ４ 特許請求の範囲第３項に記載の弁において、
   前記比較的軟らかい材料がR_b45乃至R_b100の硬度
   を有することからなる弁。