JPH048972A - ロータリバルブ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はロータリバルブに係り、高圧が作用したり、圧
力が変動したりしても、常に、安定した動作性が得られ
る上、製作も容易になり、特に、直動形ロータリ・サー
ボバルブおよび圧延機の油圧制御装置に適用するのに好
適なロータリバルブの構造に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種のロータリバルブは、例えば、特開平１−
２８３４８３号（特願昭６３−３３４０２１号）公報に
記載のように、弁体の両側に軸を設け、弁体を両側から
狭設する両ケーシングに、それぞれ、軸穴を設け、両者
の間にラジアル支持機構を構成して弁体を支持する構造
が採られていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

この種のロータリバルブは、高圧が作用すると、特に、
供給ボートに接続した流路や制御ポートに接続したスリ
ーブ、または、プラグの部分に作用する圧力によって弁
体を狭設している両ケーシングに軸方向の力が作用し、
丁度板に面外荷重が作用したような状態となるため、両
ケーシングが。

それぞれ、変形して軸穴の傾きを生じるが、この際１両
ケーシングの変形の仕方は、それぞれのケーシングの形
状、支持条件や力のかかり方が異なるために両者同一と
はならない。

このため、従来技術のように、弁体の両側に軸を設けて
ラジアル支持を行う構造では、高圧が作用したとき、ケ
ーシングの変形による弁体両側の軸穴の傾き方が異なる
ために芯ずれを生じ、異常な摩擦や接触などが発生して
弁の動作性が損なわれてしまうという問題があった。

本発明の目的は、高圧が作用したり、圧力が変動したり
してもケーシングの変形による悪影響を受けず、常に、
安定した動作性が得られるロータリバルブを提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するための本発明のロータリバルブの特
徴は、弁体の一方の側にのみ軸を設け、弁体の軸を設け
た方の側のケーシングにのみ軸受を設けて、弁体を支持
するラジアル支持機構を一方のケーシングの方に集約し
た構造とした二とにある。

〔作用〕

本発明によれば、ラジアル支持を一方のケーシングの方
でのみ行っているので、弁体を狭設して支持する両ケー
シングが流体の圧力によって変形しても、ラジアル軸受
の芯ずれを生じることがないから、常に安定した動作性
を保つことができる。

しかも、弁を製作する際、弁体の軸、および、ケーシン
グの軸受部の加工が一方だけで済み、また、従来技術の
ような弁体両側の軸どうしの芯合わせ、および、両ケー
シングの軸受部の芯合わせの工程が不要となるので弁の
製作も容易になる。

従って、本発明のロータリバルブを弁部に用いて直動形
ロータリバルブや直動形ロータリ・サーボバルブを構成
すれば、圧力による動作性の変化がなく、常に、良好な
動作性を保てるので、低圧から高圧までの広い圧力範囲
で安定して使用し得る弁を実現することができる。

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圧延機の油圧制御装置を構成す
れば、サージ圧などによる圧力変動の悪影響を受けるこ
となくいつも良好な制御性が得られるので、常に一定の
圧延条件を保つことができ、圧延製品の品質の安定化や
歩留まりの向上を実現することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第４図を用いて
説明する。

本実施例は、四方弁のロータリバルブに本発明を適用し
た一例を示す。

まず、本実施例のロータリバルブの基本動作について説
明する。

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
されている。ここで、弁体１のケーシング３側の端面か
らは軸５が突出し、ケーシング３には弁体１の軸５を受
ける軸穴６が設けられていて、軸５と軸穴６とによって
ラジアル支持機構を構成し、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
。

すなわち、弁体１のラジアル支持はケーシング３の側だ
けで行う構造としている。

また、弁体１の円筒穴７，８の内径とケーシング２，３
に設けたスリーブ９，１０および１１゜１２の外径とは
同等で、かつ、これらは同心に設けられ、スリーブ９と
１１．１０と１２の内径部は円筒穴７，８を介してそれ
ぞれ連通している。

さらに、ケーシング２，３にはスリーブ９，１０および
１１ν１２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が設けられており、ケ
ーシング２で、スリーブ９゜１０の内径部には制御ボー
ト１７．１８が、流路１３には供給ボート１９が、流路
１４には排出ボート２０が、それぞれ、接続されている
。一方、弁体１には貫通孔２１．２２があり、これらを
介して流路１３と１５．１４と１６とはそれぞれ連通す
るように構成されている。そして、弁体１がケーシング
２，３に対して回動することにより。

円筒穴７，８の内縁とスリーブ９，１ｏおよび１１．１
２の外縁と流路１３，１４および１５゜１６の内外縁に
よって囲まれる制御オリフィスを弁体１の両側に同時に
形成し、これらの制御オリフィスの形成位置と開口面積
を変化させて流体の流れの向きと流量を制御する。

その他１本実施例のロータリバルブの詳細な構造と作用
については特開平１−２８３４８３号（特願昭６３−３
３４０２１号）公報に記載されている通りである。

さて、供給ボート１９に接続した流路１３と１５には高
圧が作用し、ケーシング２，３は１丁度、板に面外荷重
が作用したような状態となるために変形し、軸穴６は初
期組立時に対して傾きを生じるが、この際１両ケーシン
グの変形の仕方は、それぞれのケーシングの形状、支持
条件や力のかかり方が異なるために両者同一とはならな
い。

例えば、本実施例のように、ケーシング２，３とスペー
サ４とをボルト２３で締付けて弁部を組立て、ケーシン
グ２の外周付近に設けたボルト２４によってこの弁をマ
ニホールドなどに取付けるような構造とした場合、各ケ
ーシングの変形の仕方は次のようになる。まず、ケーシ
ング３は。

供給ボート１９に連通した流路１５に作用する高圧によ
って反取付は面側に向かって変形するが、外周付近をボ
ルト２３によって締付けられているので、第３図に示す
ように、反取付は面側に盛り上がるように変形し、特に
、供給ボート１９に連通した流路１５の部分の変形量が
大きいので、軸穴６は傾き、図中のθのような角度変化
を生しる。

一方、ケーシング２には、供給ボート１９に接続した流
路１３に作用する高圧によって取付は面側に向かって押
付けようとする力が作用するほか、高圧によってケーシ
ング３に作用する力がボルト２３を介して伝わるために
反取付は面側に引き離そうとする力が作用し、さらに、
供給ボート１９の取付は面に設けたＯリング溝２５に作
用する圧力によっても、また、反取付は面側に引き離そ
うとする力が作用するが、ボルト２３によってスペーサ
４に押付けられて変形がある程度拘束されるほか、外周
付近をボルト２４によってマニホールドなどに固定され
拘束されている。従って、ケーシング２は形状、支持条
件や力のかかり方がケーシング３とは異なるので変形の
様子も同じにはならない。

また、制御ボート１７．１８に接続したスリーブ９，１
１と１０．１２の内径部は弁の開口状態によって高圧に
も低圧にもなるから、高圧になった場合には、第４図に
示すようになり、制御ボート１７．１８に作用する圧力
によっても、また、ケーシング２，３が異なる変形をし
て角度変化φのような傾きを生じ、軸穴６の傾きが助長
されることになる。

従って、前述の従来技術のように、弁体の両側に軸を設
け、両ケーシングに、それぞれ、軸穴を設けて弁体の両
側にラジアル支持機構を構成する構造としたのでは、上
記のような現象によって両ケーシングの軸穴がそれぞれ
異なる傾き方をするため両軸穴の間に芯ずれが生じ、弁
体の軸と両ケーシングの軸穴との間で異常な摩擦や接触
などが発生して弁の動作性が損なわれてしま゛う。

これに対し、本実施例のロータリバルブでは、弁体１の
ケーシング３側にだけ軸５を設け、ケーシング３にだけ
軸穴６を設けて、ケーシング３の側だけで弁体１のラジ
アル支持を行う構造としているので、高圧によってケー
シング２，３が変形して軸穴６が傾いても芯ずれを生じ
ることがないから、高圧から低圧まで広い圧力範囲にわ
たって常に良好な動作性を保つことができる。

しかも、弁を製作する際、弁体の軸、および、ケーシン
グの軸穴の加工が一方だけで済み、また、従来技術のよ
うに弁体両側の軸どうしの芯合わせ、および１両ケーシ
ングの軸穴の芯合わせの工程が不要となるので弁の製作
も容易になる。

尚１本実施例の弁体は、制御ボートに連通ずるスリーブ
、および、弁体の円筒穴、供給ボートに接続する流路、
排出ボートに接続する流路とも全て全体を覆う形状とし
ているが、第５図に示すように、排出ボートに接続する
流路についてはその一部だけを覆う形状としだロータリ
バルブであっても良い、なぜならば、排出ボートに接続
する流路には高圧が作用しないので、この部分の形状が
違ってもケーシングの変形の仕方は変わらないからであ
る。

また、以上に示した実施例はすべて四方弁の実施例であ
るが、第６図に示すような三方弁についても同様に適用
することができる。

さらに１以上の実施例ではケーシング２，３ともスリー
ブを用いたが、ケーシング３の方はロータリバルブ本体
とマニホールドなどとの間の流体のやり取りがないので
、プラグとしても良い。

このようなロータリバルブについても上記実施例と全く
同様に作用し、同じ効果が得られる。

また、上記の実施例では、ケーシング３に設けた軸穴６
は、第７図に示すように、ころがり軸受２６．２７とし
ても良い。このような構成でも、両ころがり軸受は高圧
が作用したり、圧力が変動したりしても芯ずれを生じる
ことがないので、常に、良好な動作性を保つことができ
、上記の実施例と全く同様の効果を得ることができる。

次に１本発明による直動形ロータリバルブの一実施例を
第８図および第９図に示す。

本実施例は、第６図に示した三方弁のロータリバルブに
円板状の可動子をもつ駆動手段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。

さて、弁体１の軸５には円板状の可動子２８が一体的に
結合されており、可動子２８は、ケーシング３に対して
固定された円板状の平面をもつ磁石２９、およびヨーク
を兼ねるケーシング３によって所定の間隙を持って回動
可能に狭設されている。可動子２８上には、角度α毎に
円周方向に交互に巻方向が替わるように構成された複数
の巻線３ｏが設けられており、磁石２９の各種の極性も
角度αごとに円周方向に交互に替わるように構成されて
いて、弁体１の軸６と可動子２８とは、弁部の中立状態
で巻線３０の各種の境目と磁石２９の各種の境目とが互
いに角度α／２だけずれるように一体的に結合されてい
る。従って、巻線３０に電流を流せばフレミングの左手
の法則によって電流に比例した電磁力が発生し、可動子
２８が弁体１を、直接、回動させる。そして、電流の向
きによって流れの向きを制御し、電流の大きさによって
弁体１の角変位量に比例して流体の流量をＩｌｆ御する
ことができる。

本実施例によれば、ロータリバルブの実施例で説明した
ように、高圧が作用したり、圧力が変動したりしてもケ
ーシングの変形によってラジアル軸受部に芯ずれを生じ
ることがなく、弁部の動作性が常に良好な状態に保たれ
るので、低圧から高圧までの広い圧力範囲にわたって良
好な制御性を発揮する直動形ロータリバルブを実現する
ことができる。

また、動作性が良いので弁体を駆動する際の摺動抵抗も
小さく、かつ安定しているから、駆動力が小さくて済み
、駆動手段の小形・軽量化や制御装置の小形・小容量化
も実現することができ、さらにまた、駆動手段や制御装
置からの発熱量を小さくすることができる。

次に、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第１０回および第１１図に
示す。

本実施例は、第８図および第９図に示した三方弁の直動
形ロータリバルブに、角変位検出器を設けてサーボバル
ブを構成した例である。

すなわち、角変位検出器３１は、磁石２９の背直に固定
され、角変位検出器３１の検出軸３２は弁体１の軸６に
一体的に結合されている。従って、弁体１および可動子
２８が回動すると角変位検出器３１によって角変位量が
検出され、角変位信号３３が出力される。そこで、この
角変位信号３３をフィードバックして制御装置内で目標
値と比較し、その偏差を増幅して制御指令３４として可
動子２８上の巻線３０に与えるようにすれば目標値に比
例した８力流量が得られ、サーボバルブとして機能する
。

本実施例によれば、上記実施例に示したロータリバルブ
、および、直動形ロータリバルブと同様に、高圧が作用
したり、圧力が変動したりしてもケーシングの変形によ
ってラジアル軸受部に芯ずれを生じることがなく、弁部
の動作性が常に良好な状態に保たれるので、低圧から高
圧までの広い圧力範囲にわたって、常に、良好な制御性
を発揮する直動形ロータリ・サーボバルブを実現するこ
とができる。また、各ゲインを調節することにより、制
御系の特性を電気的に容易、かつ、任意に調整できるの
で、より高い応答性をより安定に実現することができる
。さらに、弁体の摺動抵抗が小さく、かつ、安定してい
る上、原理的に目標値と角変位信号との偏差をゼロとす
るように作用するので、駆動力が、さらに、小さくて済
み、駆動手段の小形・軽量化や制御装置の小形・小容量
化。

さらには駆動手段や制御装置からの発熱量の低減に対し
て一層大きな効果を得ることができる。

次に、本発明のロータリバルブを用いた直動形ロータリ
・サーボバルブの他の実施例を第１２図に示す。

本実施例では、第８図および第９図に示した三方弁の直
動形ロータリバルブにおいて、弁体１の＃＆６に可動子
２８とともにねじりばね３５を結合し、このねじりばね
３５の他方の端部を磁石２９に結合している。

従って、弁体１および可動子２８が回動すると。

その角変位量に比例した抵抗モーメントがねじりばね３
５内に発生し、駆動力のモーメントがこのねじりばね３
５による抵抗モーメントや弁部で発生する流体抵抗力な
どによる抵抗モーメントとつり合う位置で弁体ｌは停止
する。よって、概ね巻線３０に流す電流に比例した出力
流量が得られ。

サーボバルブとして機能する。

本実施例によれば、弁体の摺動抵抗が小さく、かつ、安
定しているので駆動力が小さくて済み、駆動手段の小形
・軽量化や制御装置の小形・小容量化、さらには駆動手
段や制御装置からの発熱量の低減を実現することができ
、直動形ロータリ・サーボバルブ自身の構造が簡単にな
り、製作もより容易になる。

さらに、第１３図に２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制御
装置の一実施例を示す。

圧延機３６には作業ロール３７．３８を介して圧延材３
９に圧延荷重を加えるとともに作業ロール３７．３８を
正確に位置決めすることによって圧延材３９の出側板厚
を制御する油圧シリンダ４０が設けられており、油圧源
４１から油圧シリンダ４ｏに供給・排出する作動油の流
れを制御するために直動形ロータリ・サーボバルブ４２
が設けられている。また、油圧シリンダ４０には変位検
出器４３が設けられており、変位検出器４３によって検
出された変位信号４４は制御装置４５にフィードバック
されている。そして、制御装置４５は、変位信号４４と
目標値４６とを比較し、その偏差を増幅して制御指令４
７を直動形ロータリ・サーボバルブ４２の駆動手段に与
えるように構成されている。

本実施例によれば、高圧が作用したり、圧力が変動した
りしても直動形ロータリ・サーボバルブ４２は、常に、
良好な動作性を保つので、圧延抵抗の変化などによって
油圧の圧力が変動したり、圧延材の先端をかみ込む際や
終端が抜ける際などに衡撃的なサージ圧が作用したりし
ても、常に。

一定の圧延条件を保つことができるから、圧延製品の品
質が安定し１歩留まりを向上させることができる。

〔発明の効果〕

本発明のロータリバルブによれば、高圧が作用したり、
圧力が変動したりしてもケーシングの変形によってラジ
アル軸受部に芯ずれを生じることがないので、常に良好
な動作性を保つことができる。

しかも、弁を製作する際、弁体の軸、および、ケーシン
グの軸受の加工が一方だけで済み、また、従来技術のよ
うな弁体両側の軸どうしの芯合わせ、および、両ケーシ
ングの軸受の芯合わせの工程が不要となるので弁の製作
も容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のロータリバルブの四方弁の一実施例の
断面図、第２図は第１図の■−■線矢視図、第３図は第
２図（７）Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ−Ｆ線断面における変形
の様子を示す断面図、第４図は第２図（７）Ａ−Ｂ−Ｃ
−Ｄ−Ｅ−Ｆ線断面における変形の様子を示す断面図、
第５図は本発明の他の四方弁の実施例を示す平面図、第
６図は本発明の三方弁の一実施例を示す平面図、第７図
は本発明の別のラジアル支持機構の実施例を示す断面図
、第８図は本発明の直動形ロータリバルブの一実施例の
断面図、第９図は第８図のｍ−ＩＸ線矢視図、第１０図
および第１１図は本発明の直動形ロータリ・サーボバル
ブの一実施例の分解斜視図および組立てた状態を示す断
面図、第１２図は本発明の直動形ロータリ・サーボバル
ブの他の実施例を示す断面図、第１３図は本発明の直動
形ロータリ・サーボバルブを用いた圧延機の油圧制御装
置の一実施例を示すブロック図である。 ｌ・・・弁体、２，３・・・ケーシング、７，８・・・
円筒穴。 ９．１０，１１．１２・・・スリーブ、１３，１５・・
・流路、１７．１８・・・制御ポート、１９・・・供給
ポート。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、弁体と、前記弁体を回動可能に両側から狭設するケ
   ーシングとを備え、前記弁体と前記ケーシングとの相対
   運動によつて流体の流れを制御するロータリバルブであ
   つて、前記弁体には回動中心軸方向に貫通した円筒穴と
   貫通孔とを備え、前記ケーシングは前記円筒穴との間で
   制御オリフィスを形成するスリーブまたはプラグと、前
   記スリーブまたは前記プラグによつて互いに分離するよ
   うに構成された流路とを含むロータリバルブにおいて、
   前記弁体の、一方の前記ケーシングの側にのみ前記弁体
   と一体的に結合され前記弁体の端面から突出した軸を設
   け、他方の前記ケーシングの側には軸を設けない構造と
   したことを特徴とするロータリバルブ。