JPH057590B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えばミサイル操縦装置に使用され
る作動弁に係り、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つて、ミサイルの操縦
翼面又はジンバル装着型モータ・ノズルを駆動す
るためのアクチユエータの制御を行うための作動
弁に関する。

（従来の技術及びその問題点） 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、アクチユエータを使用し、このアク
チユエータはフイン又はノズルを回転させる。こ
のフイ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
ユエータは、代表的な場合、電気、油圧、又は空
気によつて駆動される。研究の結果によれば、低
温ガスを動力源とするアクチユエータは、費用、
重量、寸法、及び複雑性において、他のアクチユ
エータ、すなわち、戦術ミサイルの操縦フイン、
及び、モータのノズルのアクチユエータより優れ
ている。しかしながら、従来技術に基づく空気作
動方式のアクチユエータは、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・アクチユエー
タと平衡型ピストン・アクチユエータとが使用さ
れる。この非平衡型ピストン・アクチユエータと
平衡型ピストン・アクチユ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・アクチユエータを試験した結果
によれば、非平衡型ピストン・アクチユエータは
１つのフイ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・アクチユ
エータの場合には４つの弁を必要とすることが判
つた。代表的な場合、使用される弁はソレノイド
で作動するポペツト弁であり、このポペツト弁は
圧力バランス型でなく、従つて、アクチユエータ
の出力を増大させるためには、ソレノイドの出力
ストロークを増大させる必要がある。この結果か
ら、アクチユエータの出力を増大させれば、弁の
応答性が低下して、アクチユ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
の条件を満足させなけ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・アクチユエータの場合には、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
８である。ここで注目すべき重要なことは、平衡
型ピストン・アクチユエータが本来的に非平衡型
ピストン、アクチユエータの４倍の強靱性を有
し、同等のサイズのアクチユエータの２倍の出力
を有するという点である。

平衡型ピストン・アクチユ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。その原因の一つは、既に説明したよう
に、ソレノイドで作動するポペツト弁を使用した
16の制御ソレノイド及び駆動回路の要求がなされ
たことにある。ポペツ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
であつた。これは、一見したところでも、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つたという点である。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
ればならなかつた。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馬力であつた。

（発明の目的） 本発明は、非平衡型アクチユエータ系統のため
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
翼面又はモータ・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
能の平衡型アクチユ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、これによつて、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ができる流れを収容
し得る弁を提供することを目的としている。

（発明の概要） 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（指令信号）によつ
て駆動される１対の対向しているソレノイドによ
つて電気・機械的に駆動され、空気作動方式を採
用したスプールタイプの弁によつて達成される。
前記弁は、平衡型アクチユエータを、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、圧力ポートと、通気孔と、第１シ
リンダ・ポートすなわち第１荷重と、第２シリン
ダ・ポートすなわち第２荷重と、スプールとが備
えられている。この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・ポートすなわち第１荷
重と、第２シリンダ・ポートすなわち第２荷重と
を覆うように配設される。スプールの中央の位置
から完全に開く位置までの移動する範囲のストロ
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ミリメートル（0.003ないし
0.005インチ））、ランドの直径を調節すなわち変
更することによつて、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ヤとコア組立体とを用い
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、この作用によつて、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
装置がスプールの両端に設けられ、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戻し、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
イアス装置がバイアス力を加えず、スプールが移
動した時に、基本的に一定のバイアス力を加える
作用をする。さらに、スプールの芯だしは、本来
的に、ベルヌイ力によつて行われる。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
によつて得られるから、非直線性を有するソレノ
イドを使用することによつて、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。

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（従つて出
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〓すなわちエアギヤツプが変化しないか
らである。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、アーマチヤ
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つて、補償する
ことができる。

（実施例） 本発明の対象物の一つの系統の一つのブロツク
図を第１１図に示す。この第１１図において、
「荷重」のブロツクは、飛翔中のミサイルの制御、
すなわち、通常の場合におけるフイン又はジンバ
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、この荷重の移動によつて、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（res）と平行であり、このレジスタは中央の
ナル・ポジシヨン、すなわち、無荷重位置の両側
にある。この中央のナル・ポジシヨンは荷重位置
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、増幅器及び波形整
形回路網に送られて、エラー信号として出力され
る。このフイードバツク信号は、さらに、荷重位
置指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、
増幅器及び波形整形回路網で変調されて、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対の比較器を通つ
て、指令された流量のために必要なパルス幅にさ
れる。このパルス幅変調された出力は対を成して
いる電流スイツチの一方のスイツチに送られる。
このパルス幅変調された出力が加えられるほうの
スイツチは、荷重、例えば、フインの移動方向の
スイツチである。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流ス
イツ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最良の
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の一例を第
６図に示す。対をなしている電流スイツチは、パ
ルス幅変調された電流を第４図に示すスプールタ
イプの弁の第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。

パルス幅変調（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。これによつて、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t1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、これによつて、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・ギヤツプ
すなわち空気間〓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。ソレノイドのドロツ
プアウトが時間t2の端部で開始された時に、レリ
ースするために必要な電流の減少を小さくし、従
つて、ドロツ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
１ないし20パーセントである。従つて、第７図
は、電源に合理的な適当なサイズのキヤパシタを
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、従つて、時間t2の時の尖頭値の要求がキヤパ
シタによつて達成され、時間t3の残余の時に、キ
ヤ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つて、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t1の後に、
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イレ
ー、すなわち、遅延時間が掛けられ、電流が限定
されれば、ソレノイドのドロツプアウト時間と、
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
サーボ弁のスプールは、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、フイ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、指令された荷重すなわちフ
インの位置と実際のフインの位置とを基本的に直
線的に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・アクチユ
エータが非平衡型ピストン・アクチユエータより
も４倍強靱であり、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弁は、第４
図に示すように、平衡型ピストンを使用する空気
作動方式のアクチユ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摺動スプールを有する
弁の発想は、空気作動型アクチユエータにおいて
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
ランジヤ・タイプのソレノイドを駆動することに
よつて、直線性を得るものであつた。与えられた
１段増幅は、圧縮されたスプリングがスプールを
加えられた力とちようど平衡するまで移動させる
力、理論的には指令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、前ストロークの指令位置に近いゼロに近付
くスチクシヨ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「スチクシヨン」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、収容されたスプ
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。この収容されたスプリングは、指令なしにス
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に沿つて前進する時に
正味の力の作用が実際に強められるものである。
指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
よつて得ることができる。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か（すなわち、
バングバング方式の弁）であり、その時間の長さ
によつて、高周波帯域の範囲で指令と流量との関
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、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・アクチユエー
タが介在している場合には、この弁を、アクチユ
エータが指令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１７の貫通孔１９の中に支持して
いる。このスプール１８は１対のランド２０を有
し、このランド２０は、スプール１８が中心の位
置、すなわち閉じる位置にある時に、シリンダ・
ポート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、ともに環状のリ
リーフ２４を有し、第１シリンダ通路２５と第２
シリンダ通路２６とにそれぞれ連通し、更に、図
では、環状のＯリングの溝２８を有している。こ
のＯリングの溝２８はアクチユエータに結合する
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、場合によつて
は、ねじ部に有する継手を設けることが好ましい
こともある。圧力ポート２９にも環状のリリーフ
２４が設けられている。圧縮空気は、圧力ポート
２９に対する環状のリリーフ２４を経由して、貫
通孔１９と２つのランド２０によつて隔離された
チヤンバの中に入る。外部への排気を行う排気部
３０は防塵装置３３を含み、この防塵装置３３は
通気孔３１に接続され、この通気孔３１に塵埃が
入るのを防止する作用を行つている。

シリンダ・ポート２１は、実際には、４つの長
孔２１ａによつて形成されている。この長孔２１
ａは、第５図、第５Ａ図、及び第５Ｂ図に示すよ
うに、スリーブ１７の貫通孔１９の中で等間隔に
離間して配置されている。この第５図、第５Ａ
図、及び第５Ｂ図は第４図の詳細図である。な
お、他のシリンダ・ボート２２も同様に、４つの
長孔によつて形成されている。無負荷のアクチユ
エータ・シリンダ内の圧力を圧力ポート２９の圧
力の約1/2にして、適当なアクチユエータの強靱
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・オリフイスの面積を、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特徴は、非対称フローの長
孔２１ａを、オリフイスの面積の比率が所要の値
である２対１になるようにしたことである。スプ
ール１８のストロークが0.0762ないし0.127ミリ
メートル（0.003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２１ａは、インレツト・フローをこの長孔２１
ａの右側部で小さく絞り、ベント・フローをこの
長孔２１ａ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２１ａ
は、スリーブ１７の中の２つのランド２０のそれ
ぞれの反対側にある。

なお、他のシリンダ・ポート２２の長孔も、同
様に構成されている。

面タイプのソレノイドのアーマチヤ３２はスプ
ール１８の遠方の端部３８に結合されている。こ
のソレノイドのアーマチヤ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が設けられている。この孔３６はアーマチヤ
３２の重量を最少にするためのものである。アー
マチヤ３２はスプール１８に適当な接着剤で固着
される。この接着剤としては、例えばロツクタイ
ト（登録商標）６０９を使用することができる。
この接着剤ロツクタイト６０９は、ロツクタイト
社（所在地は米国コネチカツト州（06111）ニユ
ーイングトン）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１８及び
アーマチヤ３２の表面に整合させるようにするこ
とは好ましいことである。この組立ては、スプー
ル１８の遠いほうの端部３８を、ソレノイドのア
ーマチヤ３２の面部分３５を越えて突出させるよ
うに行う。

コア組立体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ツド又は鎧装さ
れている。このコア用材料は２つの部分、すなわ
ち、内側ジヤケツト４１と外側ジヤケツト４２に
よつて構成され、この内側ジヤケツト４１と外側
ジヤケツト４２との間に間〓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、キヤツプ４６によつて支持され、こ
のキヤツプ４６は弁本体部１６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
３９を支持する。アーマチヤ３２は、組み立ての
際に、コア組立体３９との間にエア・ギヤツプ４
５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、エア・ギヤツプ４５を介してソレノイドの
アーマチヤ３２を貫くことによつて、コア組立体
３９の初期の引張力を増大させることができる。
キヤツプ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は調節可能のスプール
用センタリング・ストツプ４９を含んでいる。

このセンタリング・ストツプ４９は、スプール
１８の芯出しを行い、スプール１８を停止させる
作用をするためのものである。このセンタリン
グ・ストツプ４９はハウジング５０を有し、この
ハウジング５０の外側はキヤツプ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の内側にタペツト５
２があり、このタペツト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５５を芯出しする構造であり、このプ
ラグ５４がスプリング５５に初期荷重の調節を行
う。センタリング・ストツプ４９は、長孔５７を
介して、タペツト５２をスプール１８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によつてタペ
ツト５２に初期荷重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、センタ
リング・ストツプ４９は、任意のタイプの加速環
境で、弁の指令なしにスプール１８を中央の位置
に固定する作用を行い、スプール１８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つ
て、ソレノイドがドロツプアウトする時に、スプ
ール１８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
容易に行うことができる。

また、圧力ポート２９は高圧ガスの供給源（図
示せず）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・アクチ
ユ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ると、
スプール１８が左側に移動して、センタリング・
ストツプ４９の中のスプリング５５を圧縮する。
スプール１８の移動によつて、高圧ガスを第１シ
リンダに流し、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、通気
孔３１を通して、排気部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、左右の調節可能のセンタ
リング・ストツプ４９が、再びスプール１８を中
央に移動させ、シリンダ・ポート２１，２２を覆
つて、ガスの流れを遮断する。スプール１８の一
方向への全移動量が約0.0762ないし0.127ミリメ
ートル（約0.003ないし0.005インチ）であるか
ら、スプリング５５によつ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ポンド）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ポンド）である。この組合わ
せによつて、通電された時の復元力を3.6キログ
ラム（８ポンド）にすることができる。この復元
力は、既に説明したように、タイムデイレーされ
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。

従つて、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、同じソ
レノイドを使用する他のタイプの弁の２倍にな
る。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。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・ギヤツ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ヤであるから、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、所要のドロツプアウト時間を
維持するように調節すれば、調節可能のセンタリ
ング・ストツプ４９のスプリングの初期荷重を容
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
ユ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、戦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、すなわち、中心
から外れた位置から、一つの方向の完了する位置
までの移動距離は、僅かに0.0762ないし0.127ミ
リメートル（0.003ないし0.005インチ）であり、
このことを考慮すれば、アーマチヤ３２とコア組
立体３９との間のエア・ギヤツプ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（千分の数十インチ）以内に維持しなけれ
ばならず、これと同時に、アーマチヤ３２とコア
組立体３９の表面との間の移動距離を0.1ミリメ
ートル程度（千分の数十インチ）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、弁本体部１６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を孔
をカウンタ・ボーリングする。このボーリングを
行う時には、コア組立体３９の表面４７がスプー
ル１８の移動に対して直角に突き当たるように、
また、弁本体部１６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１８を該スプール１８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を該弁本体部１６を支持する支
持装置としての留め具５９の基部に取り付け、そ
の後に、スプール１８を貫通孔１９に挿入し、こ
のスプール１８のランド２０を弁本体部１６のシ
リンダ・ポート２１，２２（第１図）に正確に整
合させ、アーマチヤ３２を磁石式取付け具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に連結すれば、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
の調節によつて行い、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つて
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の間を接続するシヤントによつて
最少にされる。このポート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、弁の無荷重位置を表し、スプール１８はマ
イクロメータ調節器６１によつてこの状態に固定
される。その後に、磁石式の取付け板６０が弁本
体部１６に留め具６６で固定され、これは磁石で
あるからアーマチヤ３２を取付け板６０の表面Ｂ
に保持する。寸法Ｘ（第９図）は取付け板６０に
適当な許容度で保持されるから、これは自動的に
取付け板６０としてエア・ギヤツプをプリセツト
し、表面Ｄがコア組立体３９を代表する。アーマ
チヤ３２がスプール１８に割り出された時に、ロ
ツクタイト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の内面とアーマチヤ
３２の内径の面との間に滴下されて、この両者の
間〓に「侵入」することができる。このようにし
て組まれたコア組立体３９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ユアされる。その後に、アー
マチヤ３２がスプール１８に割り出され、ソレノ
イドのストロークと共に寸法Ｘが図に示すように
取付け板６０にセツトされる。

（発明の効果） 本発明は上記のような構成であるので、平衡型
ピストン・アクチユエータの長所を利用しつつ、
ポペツト弁の代わりに複合型の弁を使用して、高
い周波数帯域幅を有する平衡型ピストン・アクチ
ユエータを高出力で駆動することができる。

しかも、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ばかりでな
く、弁の構造を大幅に変化させることなく応答特
性を維持することができるといつた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は非平衡型ピストン・アクチユエータの
概略図、第２図は平衡型ピストン・アクチユエー
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
有する非平衡型アクチユエータの断面図、第４図
は本発明の複合型空気作動弁の断面図、第５図は
シリンダ・ポートを形成する非対称の長孔の詳細
図、第５Ａ図は第５図の一方向の断面図、第５Ｂ
図は第５図を第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つつアーマチユ
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け可能のアーマチユアの
詳細図、第１０Ａ図は第１０図のアーマチユアの
線１０Ａ−１０Ａ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
ツク図である。 １５……弁、１６……弁本体部、１７……スリ
ーブ、１８……スプール、１９……貫通孔、２０
……ランド、２１，２２……シリンダ・ポート、
２１ａ……長孔、２５，２６……シリンダ通路、
２９……圧力ポート、３０……排気部、３１……
通気孔、３２……アーマチヤ、３３……防塵装
置、３９……コア組立体、４０……ワイヤ・コイ
ル、４９……センタリング・ストツプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中央の位置で閉じられ、開閉時間が短く、パ
   ルス幅変調された指令信号によつて電気・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・アクチユエータ
   を駆動する空気作動方式の複合型空気作動弁であ
   つて、 貫通孔と、圧力ポートと、通気孔と、１つ以上
   の非対称の長孔によつて形成された第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内に摺動可能の状態で配
   設され、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、前記通気孔を前
   記第２シリンダ・ポートに接続し、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、前記通気孔を前記第１シリン
   ダ・ポートに接続するスプールと、 前記通気孔に接続した時に開口する面積の方が
   前記圧力ポートに接続した時に開口する面積より
   大きくなるように設定された、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
   前記非対称な長孔と、 平坦面のアーマチヤとコア組立体とを有し、前
   記アーマチヤは前記スプールの対応する端部に前
   記コア組立体から離された位置に取り付けられて
   いる第１ソレノイド及び第２ソレノイドと、 前記パルス幅変調された指令信号がない時に前
   記スプールを前記中央の位置に押し、前記中央の
   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一定の力を加えるバ
   イアス装置と、 を有して成る複合型空気作動弁。 ２ 前記パルス幅変調された指令信号の周波数が
   250ヘルツの範囲であり、前記スプールを閉じた
   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１項に記載の複合型空気作動
   弁。 ３ 前記バイアス装置によつて加えられる力が、
   前記スプールを中心に移動させるために必要な
   力、及び、ドロツプアウト時間を１ミリ秒未満に
   するために必要な力より大きくない強さに設定さ
   れた請求の範囲第１項に記載の複合型空気作動
   弁。 ４ 前記スプールの前記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 空気作動媒体が前記ソレノイドのコア組立体
   の上及び周囲を流れるようにした請求の範囲第４
   項に記載の複合型空気作動弁。 ６ 前記通気孔に接続した時に開口する長孔の面
   積が前記圧力ポートに接続した時に開口する長孔
   の面積の２倍に設定された請求の範囲第１項に記
   載の複合型空気作動弁。 ７ 前記スプールを前記中央の位置に押すための
   バイアス装置が、外部からの調節によつて初期荷
   重が加えられるスプリングによつて構成されてい
   る請求の範囲第５項に記載の複合型空気作動弁。 ８ 前記第１ソレノイドのコア組立体及び前記第
   ２ソレノイドのコア組立体が、前記パルス変調さ
   れた指令信号にオン・オフ方式で応答して前記ス
   プールを全閉の状態から全開の状態に移動させる
   コイルを含み、初期の引き込み段階に前記コイル
   の保持電流を限定し、引き続いて電流を限定しな
   い装置が前記コイルに接続されており、これによ
   つて、ソレノイドのドロツプアウト時間がコイル
   の平均電流及び加熱と共に最少になるようにした
   請求の範囲第７項に記載の複合型空気作動弁。 ９ 前記第１ソレノイドのコア組立体及び前記第
   ２ソレノイドのコア組立体が、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
   イプのアーマチヤ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つてアーマチヤを貫
   く磁束の経路を形成し、これによつて、磁束の経
   路が前記スプールの縦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て、誘電電流に対
   する抵抗を最大にし、前記ソレノイドの磁束と引
   き込み段階とドロツプアウト時間の変化の定格値
   とを向上させるようにした請求の範囲第８項に記
   載の複合型空気作動弁。 １０ 各パルスの幅の周期が前記指令信号に基ず
   く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
   ることによつて前記ソレノイドを駆動して、指令
   信号と実際の弁の流量との直線関係を確立するよ
   うにした請求の範囲第１項に記載の複合型空気作
   動弁。 １１ 各パルスの幅の周期が前記指令信号に基ず
   く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
   ることによつて前記ソレノイドを駆動して、指令
   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、前記スプールを
   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。