JPH086725B2

JPH086725B2 - 故障停止サーボ弁

Info

Publication number: JPH086725B2
Application number: JP63501577A
Authority: JP
Inventors: ジェイ．リベッキ，ロナルド; ジェイ．ピーターズ，ドナルド
Original assignee: ムーグインコーポレーテツド
Priority date: 1988-01-25
Filing date: 1988-01-25
Publication date: 1996-01-29
Anticipated expiration: 2011-01-29
Also published as: EP0352263B1; WO1988004367A1; US4827981A; EP0352263A4; JPH01500139A; DE3869407D1; EP0352263A1

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の技術分野〕本発明は、一般的には、２段電気液圧式サーボ弁の分
野に係り、とりわけ、最も片側位置にある場合に、負荷
に連絡している制御用溝穴に出入りする漏れ流を精密に
制御するようになっている、改良された第２段弁スプー
ルを備えた故障停止サーボ弁に係る。

〔従来の技術および発明が解決しようとする課題〕

２段電気液圧式サーボ弁は、電気入力をほぼ比例した
液圧出力に変換するための装置である。そうしたサーボ
弁は、第１段液圧増幅器と第２段弁スプールを備えてい
るのが通例である。１段液圧増幅器は、普通、供給され
た電流に応答して部材を枢動運動を生じるべく配置され
たトルクモーターを備えている。液圧増幅器は、“ノズ
ル・フラッパ”形式のもの（例えば、米国特許第3,023,
782号を参照）、“ジェットパイプ”形式のもの（例え
ば、米国特許第3,922,955号を参照）、または“方向可
変ジェットストリーム”形式のもの（例えば、米国特許
第3,542,051号および第3,612,103号を参照）を使用する
ことができる。いずれの形式でも、液圧増幅器を用いて
差圧が作り出される。この差圧を利用して、２段弁スプ
ールを胴体に対し必要な方向に選択的に移動させるよう
になっている。２段スプールとトルクモータ枢動部材の
間に機械的なフィードバックばねワイヤを設置し、スプ
ールの中立位置からの移動量を供給した電流の極性と強
さにほぼ比例させることは周知である。

そうしたサーボ弁は、出力のタイプにより分類するこ
とができる。例えば、“流量制御”サーボ弁では、放出
量は一定の負荷の下で供給された電流にほぼ比例してい
る。“圧力制御”サーボ弁では、液圧出力が差圧であ
る。他の形式のものには、“圧力・流量”（PQ）サーボ
弁、“動圧フィードバック”（DPF）サーボ弁、“静荷
重エラー緊急停止”（SLEW）サーボ弁、あるいは“加速
度感知切替え”（AS）サーボ弁等がある。こうした一連
の型式のサーボ弁は、（1965年）Moog社発行の技術便覧
103“Moog式サーボ弁のトランスファー機能”に構造が
比較対照されている。

そうしたサーボ弁を用いているサーボ装置は、システ
ム圧の供給に圧力損失があったりシステム圧の供給が途
絶えてしまうと、また上流側で電気故障が起きるような
場合にはトラブルを起こしてしまうことがある。例え
ば、供給電流の遮断が起きると（すなわち、ｉ＝０）、
サーボ弁は中立位置に復帰する。これに対し、上流側の
電気装置が変調を来たし、最大電流または飽和電流（す
なわち、ｉ＝±i_max）をサーボ弁に供給するようにな
る。こうした状況が起きると、２段スプールは最も片側
位置（hard−over position）に向けて所定の方向に駆
動され、最大液圧出力を発生する。しかしながら、サー
ボ装置が翼表面の姿勢制御に使用されるようなケースで
は、そうした最も片側による故障が重大な事故原因にな
らないとも限らない。

こうしたことから、例えば、米国特許第3,922,955号
に図示説明されているような故障停止サーボ弁が開発さ
れてきている。この種のサーボ弁では、スプールが中立
位置から変位する所定の動作範囲内で、液圧出力は供給
された電流にほぼ比例している。従って、この範囲内で
は、サーボ弁は今までのサーボ弁と何ら変わりのない働
きをする。ただし、この種のサーボ弁の胴体にはスプー
ルの左右への動きを制限する当接ストッパが設けられて
おり、スプールがいずれか一方の最も片側に移動した場
合に、中立の時と同じ液圧状況が作り出されるように構
成されている。

しかしながら、スプールがそうした最も片側位置にあ
っても、箇々のスプールの円形突出部を横切って漏れを
生じることがある。こうした状況に対処するために、当
業者達は、スプールおよび胴体の箇々の調量表面と接触
表面をさらに高精度に機械加工し、そうした漏れをでき
るだけ少なくする努力を重ねてきている。用途例の中に
は、最も片側による故障が起きた場合に、制御ポートに
対する正味の漏れ流をゼロにすることが望ましいケース
がある。言い替えると、そうした故障の状況の下でボー
トに対し正または負の正味漏れ流をゆっくりと得るよう
にすることが必要とされる。例えば、そうしたゆっくり
とした正味の漏れ流を利用して、流体作動アクチュエー
タを所定の位置に向けて移動させることもできる。

従って、本発明の目的は、改良された故障停止サーボ
弁を提供することにある。

本発明の他の目的は、制御溝穴に出入りする漏れ流の
流量対圧力によって表され、流体流れの抵抗を示すイン
ピーダンスをゆっくりと制御するようにされている改良
された故障停止サーボ弁を提供することにある。

本発明の他の目的は、スプールが胴体に対する所定の
位置にある場合、漏れ流の流れ抵抗であるインピーダン
スをゆっくりと制御するようにされている改良されたス
プール弁を提供することにある。

本発明のこれらの目的およびに他の目的並びに利点
は、前述した事柄そして明細書、図面並びに請求の範囲
に記載されている内容から明らかになる。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の１つの形態として、孔の設けられた胴体を備
え、孔から胴体内に向けて延びている供給用溝穴、制御
用溝穴および戻り用溝穴を備えている弁が得られる。供
給用溝穴と戻り用溝穴はそれぞれ加圧流体の供給源と流
体用戻り部に連絡し、またこの弁は、中立位置と選択的
な位置との間で少なくとも一方の軸方向に運動できるよ
うに孔内にスライド可能に配置された弁スプールを備
え、スプールは、供給用溝穴、制御用溝穴および戻り用
溝穴にそれぞれ連係して配置されている供給用円形突出
部、制御用円形突出部および戻り用円形突出部を備え、
箇々の戻り用円形突出部は、スプールが中立位置から最
も片側のいずれか一方の位置に移動する際、流体を順次
２つの可変オリフィスに通すことで、流体が制御用溝穴
と前記供給の溝穴および戻り用溝穴のうちの一方との間
を流れるのを抑制するように、個々の円形突出部が作ら
れまた配置構成されている弁において、制御用円形突出
部と、供給用円形突出部および戻り用円形突出部のうち
の少なくとも一方とは、スプールが最も片側のいずれか
一方の位置にある際、供給用溝穴および戻り用溝穴のう
ちの一方を開き、またそうした溝穴のうちの他方を閉
じ、しかも制御用円形突出部が制御用溝穴と供給用溝穴
および戻り用溝穴のうちの一方を開いた溝穴との間て生
じる流体の流れを遮断するように、連係する溝穴に比例
した大きさに制御用円形突出部が形作られていており、
制御用溝穴に流入し、またこの制御用溝穴から流出する
漏れの流量対圧力の比で表され流れ抵抗を意味するイン
ピーダンスの比（すなわち、Q_in/Q_out）が所定の値にほ
ぼ等しくされている。前述したように、必要に応じて、
この比は１よりも小さいか、１に等しいかあるいは１よ
りも大きく設定することができる。上記サーボ弁におい
ては、スプールが中立位置にある場合、制御用円形突出
部が制御用溝穴に対し部分的に重なるようにしている。
この場合、制御用円形突出部と戻り用円形突出部の一方
が連係する溝穴に対しほぼ重なりが零となるようにされ
ている。また、この場合、供給用円形突出部と戻り用円
形突出部の各々が連係する溝穴に対しほぼ重なり零とさ
れるようにしている。

また、上記サーボ弁においては、選択的な位置がスプ
ールの最も片側位置にある。この場合、一方の円形突出
部が第１の軸方向長さにわたり制御溝穴に重なり、そし
て制御用円形突出部が第２の軸方向長さにわたり連係す
る溝穴に重なるようにしている。この場合の第１の長さ
は第２の長さよりも長くなっている。そして、一方の円
形突出部と孔との間の半径方向隙間が制御用円形突出部
と孔との間の半径方向隙間よりも大きくされている。ま
た、一方の円形突出部と孔との間の半径方向隙間が、制
御用円形突出部から孔の間の半径隙間と第１および第２
の長さの比率の立方根との積にほぼ等しくされている。

また、上記サーボ弁においては、インピーダンスの比
が１以外の値をとり、制御用溝穴に対する正味洩れ流が
形成される。

上記サーボ弁においては、一方の円形突出部および孔
と制御用円形突出部および孔の間の半径方向隙間の比率
が、第２の長さと第１の長さの比率に反比例している。

また、上記サーボ弁において、スプールが選択的な位
置にある場合、供給用溝穴と制御用溝穴の間の圧力差が
制御用溝穴と戻り用溝穴の間の圧力差にほぼ等しくされ
ている。

このようなサーボ弁は、２段電気液圧式サーボ弁にお
ける第２段にされている。

上記構成のサーボ弁によって、通常の作動範囲外の遷
移領域では、最初に上下重なり状態の制御用円形突出部
が制御溝穴に連絡するオリフィスを閉じてゆき、これに
伴い流量の減少を始め、遷移領域の両側に位置する流量
がゼロの領域に至り、漏れ流がバランスされ、中立位置
と両側の最も片側位置ではゼロの正味漏れ流となってい
て、この状態が故障停止された操作モードを提供する。

そして、いずれかの最も片側位置において正または負
のゆっくりとした正味漏れ流が生じるように漏れ流をゆ
っくりと不整合にし、このように最も片側の位置でフェ
イルセーフの作動状態にすることができる。このモード
では、アクチュエータを所望の位置に向けてゆっくりと
移動させることができ、漏れ流をゼロにするゆっくりと
した作動が得られ故障停止の作動モードをより安全に達
成することができる。

〔実施例〕

最初に説明しておくこととして、同一の参照番号は図
面を通じ常に同じ構造エレメント、部分または表面を指
すものであり、そうしたエレメント、部分または表面に
ついての説明は明細書全体にわたって共通して適用され
るものである。特に指摘されている場合を除き、図面は
明細書と共に用いて（例えば、断面部のハッチング、部
品配置、割合、程度等の）判断材料として使われる。ま
た、こうした図面は本発明の全貌を明らかにする説明資
料の一部を構成しているものである。以下の説明で使用
する用語“水平”、“垂直”、“左側”、“右側”、
“上向き”および“下向き”、並びに形容詞的及び副詞
的用法（例えば、“水平に”、“右向きに”、“上向き
に”等）は、図面に向かって見た場合の図示の構造の向
きを表わしている。同じく、用語“内向き”および“外
向き”は、延長軸線または回転軸線に対する表面の向き
を表現したものである。

図面、特に第１図を詳しく参照する。米国特許第3,02
3,782号に記載されている形式の２段流量制御用電気液
圧式サーボ弁（一部が図示されている）の改良された２
段スプール弁が、全体を参照番号10で示されている。こ
の２段スプール弁10は、主に、水平に延びる孔を備えた
胴体11と、前記孔に沿ってシールされた状態でスライド
運動できるように取り付けられている５つの円形突出部
の付いた弁スプール12を備えている。

さらに詳しく説明すると、胴体は、左右の平らな縦方
向端面13,14と、平らな水平方向下側表面15を備えてい
るものとして示されている。孔は左右の環状の縦方向端
面16,18により、また両端面の間に延びている細長い内
向きの水平な円筒状表面である孔壁表面19によって仕切
られている。

軸方向に間隔を設けて多数の溝穴状通路が孔壁表面19
から胴体内に延びている。これら通路の各々は、それぞ
れが個別の角度位置に設けられている１つまたはそれ以
上のほぼ矩形の溝穴の形態で孔に開口させることがで
き、または環状溝の形態で開口させることもでき、必要
に応じて他の形態を取ることもできる。例えば第１図の
左側から右側にかけて、供給用溝穴である第１の溝穴通
路20はスプール左端室21と圧力P_Lの流体供給源（図示せ
ず）を連絡しており、制御用溝穴である第２の溝穴通路
20は孔と供給圧P_Sの加圧流体供給源（図示せず）を連絡
しており、戻り用溝穴である第３の溝穴通路23は孔と戻
り圧Ｒの流体戻り部または流体溜めを連絡しており、戻
り用溝穴である第４の溝穴通路24は孔と流体戻り部を連
絡しており、他の制御用溝穴である第５の溝穴通路25は
孔と供給圧P_Sの流体供給源（図示せず）を連絡してお
り、そして最も右側に位置する第６の溝穴通路26はスプ
ール右端室28と別に用意された圧力P_Rの流体供給源を連
絡している。圧力P_LとP_Rはサーボ弁増幅区域（図示せ
ず）から供給され、必要に応じ、これら圧力を適当に調
節してスプールを胴体に対し左方向または右方向に移動
させる差圧を作り出している。こうした「流量制御」サ
ーボ弁の構造並びに基本操作については、米国特許第3,
023,782号を詳しく参照することができる。この米国特
許を引用することにより、流量制御サーボ弁の構造並び
に基本操作の説明に替える。第２、第５の溝穴通路の制
御用溝穴22、25は同じ流体供給源に接続することができ
るが、必要に応じ別個の流体供給源に連絡することもで
きる。同様に、第３、第４の溝穴通路の戻り用溝穴23、
24も共通の戻り部に接続することができるが、必要に応
じて別個の戻り部または流体留めに連絡することもでき
る。しかしながら説明の便宜上、第２、第５の溝穴通路
の制御用溝穴22、25は両方とも同じ供給P_Sの圧力源を備
え、また第３、第４の溝穴通路の戻り用溝穴23、24の両
通路とも共通の戻り部に連絡している。また、第２、第
３、第４、第５の溝穴通路である制御用溝穴および戻り
用溝穴22、23、24、25のそれぞれの内圧は前述の表示値
から変更することもできる。このようにして、前述した
６つの通路は、軸方向に間隔を設けて孔壁表面19に開口
した同じ数の半径方向溝穴を通じ胴体と連絡している。
胴体は、さらに、左側および右側の制御溝穴または溝2
9、30を備えている。これら制御溝穴または溝は、それ
ぞれ第２、第３、第４、第５の溝穴通路である制御用溝
穴および戻り用溝穴22、23と24、25の間にあって孔壁表
面19から胴体内に向けて半径方向に形成されている。

主に第１図を参照する。テープの付いた水平な軸方向
孔32、33がそれぞれ胴体表面の平らな縦方向端面、環状
の縦方向端面13、16と18、14を連絡している。これらの
水平な軸方向孔の各々は、左右の当接ストッパ34、35の
ねじ山の付いたシャンク部分をねじ締めした状態に受け
入れている。従って、胴体に対しこれらストッパを選択
的に回転させれば、対面し合うスプール当接表面36、37
の軸方向の間隔を変化させることができる。このよう
に、当接ストッパは胴体に調節可能に取り付けられてい
る。これら当接ストッパの構造は分かり易くするために
敢えて簡略に示しており、副次的な構造（例えば、ロッ
クナット、シール等）は省略してある。従って、これら
当接ストッパの調節範囲内で、胴体に対するスプールの
左右の動きを調節することができる。

スプール12は、孔に沿ってシールされた状態でスライ
ド運動できるように孔内に取り付けられている。このス
プールは12は、ストッパ表面であるスプール当接表面3
6、37に向かい合って配置された円形をした左右の縦方
向端面38,39を備えている。前述したように、スプール
は共通の軸部40に軸方向に間隔を開けて取り付けられた
５つの円形突出部を備えている。例えば第１図の左側か
ら右側にかけて、これら円形突出部の各々はそれぞれ参
照番号41、42、43、44、45で表わされている。スプール
の寸法と形状は孔並びに箇々の溝穴通路に見合うように
決められており、このスプールが第１図に示すように胴
体に対する中央位置すなわち中立位置にあれば、スプー
ルの左側円形突出部41の右側調量縁が第２の溝穴通路で
ある左側供給用溝穴22に対し事実上の重り零状態とな
り、中央円形突出部43の左右の調量縁がそれぞれ第３、
第４の溝穴通路である戻り用溝穴23、24に対し事実上の
重り零状態となり、また右側円形突出部45の左側調量縁
が右側供給用溝穴25に対し事実上の重り零状態となる。
これに対し、中間制御用円形突出部42、44の左右の調量
縁は、それぞれ制御用溝穴29、30に対し対称的な上下重
り状態に示されている。また、左側、中央、右側円形突
出部41、43および45には交互に連続するランドと溝が設
置され、孔を伴ってスライドシール層を形成した状態を
示されている。尚、溝は第1A図から第1F図を通して参照
番号46で示されている。

第1A図を参照する。左側円形突出部41の右側調量縁
は、最も右側のランドである円形突出部50の右向きの環
状をした縦方向表面48と外向きの水平な円筒状表面49の
交差部により形成されている。スプールが孔に同軸的に
取り付けられている場合には、円形突出部50は孔壁表面
19に対し半径方向隙間c₁を備え、また円形突出部の他の
ランドは各各がc₁よりも小さい半径方向隙間c₂を備えて
いるものとして図示されている。ランドである円形突出
部50の左側縁も左側供給用溝穴22に対し事実上の重り零
状態に示されているが、この縁の構成は変更することも
できる。

第1B図に詳しく示すように、中央円形突出部43の左側
調量縁は、左側ランド53の左向きの環状をした縦方向表
面51と、外向きの水平な円筒状のランド表面52の交差部
により形成されている。円筒状のランド表面52は半径方
向隙間c₁を備えたものとして示されているが、特に指摘
する場合を除き、中央円形突出部43の他のランドすべて
c₁よりも小さい半径方向隙間c₂を備えている。ランド53
の右側縁は第３の溝穴通路である戻り用溝穴23に重って
いる。

第1C図を参照する。中央円形突出部43の右側調量縁
は、右側ランド56の右向きの環状をした縦方向表面54
と、外向きの水平な円筒状表面55の交差部により形成さ
れている。この円筒状のランド表面55は半径方向隙間c₁
にわたり孔壁表面19から間隔を開けられ、（左側ランド
53を除いて）中央円形突出部の他のランドはすべて半径
方向隙間c₂を備えている。

第1D図において、右側円形突出部45の左側調量縁は、
左側ランド60の左向きの環状をした縦方向表面58と外向
きの水平な円筒状のランド表面59の交差部により形成さ
れているものとして示されている。この円筒状のランド
表面59は孔に対し半径方向隙間c₁を備え、またこの右側
円形突出部の残りのランドは半径方向隙間c₂を備えてい
るものとして図示されている。

第1E図に詳しく示すように、左側の中間制御用円形突
出部42の左右の調量縁は、外向きの水平な円筒状表面61
と左右に向いている環状をした縦方向表面62、63の各々
との交差部によって形成されている。前述したように、
この円形突出部の両側の調縁は、制御用溝穴29に対し中
立位置にありこの制御用溝穴から同じ距離をおいて上下
重った状態にある。円形突出部の円筒状表面61は半径方
向隙間c₂を設けて孔壁表面19から間隔を開けられてい
る。

第1E図において、右側の中間制御用円形突出部44は、
外向きの水平な円筒状表面64とそれぞれ左右に向いてい
る環状をした縦方向表面65、66の交差部によって形成さ
れた左右の調量縁を備えているものとして示されてい
る。円形突出部の円筒状表面64は、半径方向距離c₂にわ
たり孔壁から間隔を開けられている。このため、５つの
円形突出部すべては孔壁に対しc₂の寸法の半径方向隙間
を備えているのに対し、４つの端部ランド50、53、56、
60の各々はc₂よりも大きな半径方向隙間c₁を備えてい
る。

スプール12が中立位置（第１図）、左側の最も片側位
置（第２図）、または右側の最も片側位置（第３図）に
ある場合、このスプールは制御用溝穴に出入りする流れ
を遮断するように形作られている。従って、スプールの
左側の端面38が左側の当接表面36（第２図）に接触する
左側の最も片側位置まで移動すれば、第２の溝穴通路で
ある左側供給用溝穴22と第４の溝穴通路である右側戻り
用溝穴24は開放状態となる。しかしながら、制御用円形
突出部42、44の左側調量縁は制御用溝穴29、30に重な
り、流体がこれら制御用溝穴に出入りするのを、すなわ
ち左側制御用溝穴29に流入し且つ右側制御用溝穴30から
流出するのを阻止するようになっている。さらに詳しく
説明すると、第2A図に示すように、中央円形突出部の左
側ランド53が中立位置にあって事実上の重なり零の状態
にあれあ、第３の溝穴通路である戻り用溝穴23に対し軸
方向距離L₁にわたり重なっている。同様に、右側円形突
出部の左側ランド60も、第2B図に示すように第６の溝穴
通路である溝穴26に対し同じ距離L₁にわたって重なって
いる。しかしながら、スプールの左右の制御用円形突出
部42、44は、第2C図と第2D図に示すように、それぞれL₁
よりも短い軸方向距離L₂にわたり制御用溝穴29、30に重
なっている。

逆の位置すなわち右側の最も片側位置が第３図に示さ
れている。図面に示すように、スプールは右方向に移動
し、スプールの右側端面39は右側ストッパ面であるスプ
ール当接面37に当接し、第３の溝穴通路である左側戻り
用溝穴23と第５の溝穴通路である右側供給用溝穴25が開
放されている。これに対し、制御用円形突出部42、44の
右側調量縁はそれぞれ制御用溝穴29、30に重なり、左側
制御用溝穴29から流体が流出しまた右側制御用溝穴30に
流体が流入するのを阻止することができる。これと共
に、左側円形突出部の右側ランド50は、第3A図に示すよ
うに軸方向距離L₁にわたって第２の溝穴通路である左側
供給用溝穴22に重なった状態にある。同時に、中央円形
突出部の右側ランド56も、第3B図に示すように軸方向距
離L₁にわたって第４の溝穴通路である戻り用溝穴24に重
なった状態にある。これに対し、制御用円形突出部42、
44の右側調量縁は、第3C図と第3D図に示すようにL₁より
も短い軸方向距離L₂にわたり制御用溝穴29、30に重なっ
た状態にある。

この斬新なスプール構造を用いれば、いずれかの方向
に最も片側による故障が起きた場合にでも、制御用溝穴
に出入りする漏れ流のバランスをとる、すなわちゆっく
りと不整合な状態にすることができる。重なって状態の
円形突出部と孔の間の漏れ流の一般方程式は次の通りで
ある。

ここで、Ｄは孔の直径であり、ｃは円形突出部（また
はランド）と孔の間の半径方向隙間であり、ｅは半径方
向偏心距離であり、P_uは上流側圧力であり、P_dは下流側
圧力であり、μは流体の粘性であり、またＬは重なり長
さである。スプールが完全な中心位置にあり（すなわ
ち、ｅ＝０）、同じ流体が使用され（すなわち、μ＝一
定）、しかも制御用溝穴内の圧力がP_sとＲの間の差のほ
ぼ２分の１であれば〔すなわち、（P_u−P_d）＝（P_s−
Ｒ）/2〕、前述の方程式は以下のように簡単に表わせ
る。

ここでＫは定数である。

漏れ流のバランスをとり、制御用溝穴に対する正味の
漏れ流をほぼゼロ（すなわち、Q_in＝Q_out）にするため
には、半径方向隙間と重なりの間の関係は以下のように
表現することができる。

従って、漏れ流のバランスをとるために、方程式
（３）に則って寸法c₁、c₂、L₁およびL₂を選択的に変更
することができる。ゆえに、c₁＞c₂であればc₁ ³＞c₂ ³と
なり、L₁はL₂より大きくなくてはならない。

これとは別に、最も片側による故障が起きた場合に
は、漏れ流を不整合状態にして（すなわち、必要に応じ
Q_in＞Q_out、またはQ_out＞Q_inにして）、アクチュエータ
を回転させるかまたは偏向させ一方向に移動させること
ができる。例えばスプールが第２図に示した左側の最も
片側位置にある場合、制御溝穴29に流入する正の正味漏
れ流、すなわちQ_in＝150％Q_outを必要とする場合、方程
式（３）の関係式は次のように表わせる。

この場合、スプールの形が最初から判明していて、寸
法L₁、L₂およびc₂が分れば、半径方向隙間c₁の大きさを
簡単に計算し必要な結果が得られるようにできる。漏れ
流を平均化する際、方程式（３）と（４）に粘性項
（μ）は消去される。従って、正味漏れ流は取扱い流体
の温度変化の影響を受けない。言い替えれば、箇々の漏
れ流（すなわち、Q_inとQ_out）はそうした年生の関数で
あり、温度自体の影響は正味漏れ流に対して消去され
る。

第４図は、最も片側位置での漏れ流をほぼバランスさ
せるように構成したスプールにおける、流量（縦軸）と
一方の制御用溝穴のスプール変位量（横軸）の関係を表
わしている。縦軸は、最大流量に占めるパーセンテージ
を表わしている。横軸は、トルクモーター（図示せず）
に供給された電流（ma）の関数としてのスプール変位量
を表わしている。図示の例では、中立位置は50ミリアン
ペア（ma）の電流に相当しており、左右の最も片側位置
はそれぞれ0maと100maに対応している。第４図から、中
立位置より約40％の作動範囲（すなわち、約25maから約
75maの範囲）では、弁を通り抜ける流量はほぼ供給電流
に比例している。従って、弁はこの作動範囲内では普通
の流量制御サーボ弁として機能する。しかしながら、こ
の作動範囲の外には遷移領域が存在している。この遷移
領域では、最初は上下重なり状態の制御円形突出部が制
御溝穴に連絡するオリフィスを閉じてゆき、これに伴っ
て流量も減少を始め、前記遷移領域の両側に位置する流
量がゼロの領域に至る。この例では漏れ流はバランスさ
れ、中立位置と両側の最も片側位置ではほぼゼロの正味
漏れ流となっている（すなわち、ｉ＝０、ｉ＝±100m
a）。この状態は、故障停止された操作モードを表わし
ている。

第５図は、第４図に類似したグラフである。ただし、
漏れ流のゆっくりとした不整合により最も片側位置にゆ
っくりとした正または負の正味漏れ流が生じた状態を示
している。曲線の形は第４図に示したものとほぼ同じで
ある。ただし、この曲線は座標に対し縦に変位してい
る。つまり、最も片側位置に正味漏れ流が生じた状態に
ある。この状態は、フェイルセーフ作動モードの一形態
を表わしている。前述したように、最も片側による故障
の発生に伴い、第６図に示すようにこのモードを利用し
てアクチュエータを所望の位置に向けてゆっくりと移動
させることができる。第６図はブリッジ状液圧回路を示
している。このブリッジ状液圧回路において、左側漏れ
流はゆっくりと不整合となってアクチュエータの左側室
への正の漏れ流が形成され、また右側の漏れ流が不整合
となってアクチュエータの右側室からの負の正味流が作
り出される。こうして、図示のように、最も片側による
故障が起きた場合には、アクチュエータは右方向に移動
される。ピストン表面は等しい面積のものとして図示し
てあるが、そうした強制移動の原理は不等面積の表面を
持つアクチュエータにも簡単に適用することができる。

本発明には多くの変更および修正を加えることができ
る。

例えば、好ましい実施例によると、中立位置を占める
場合に事実上重なり零にされる供給用円形突出部と戻り
用円形突出部を備え、また対称的に上下重なる制御用円
形突出部を備えている。この構造は逆にすることもでき
る。つまり、中立位置を占める場合に制御用円形突出部
を事実上重なり零にし、供給用円形突出部と戻り用円形
突出部を上下重なりすることもできる。本発明の原理
は、図示のような４方弁にのみ組み込まれるものとは限
らない。３方弁にも同じように取り入れることができ
る。実際に、本発明は流量制御サーボ弁との組合わせ使
用に限定されるものではなく、サーボ弁全般に利用する
ことができる。スプールを胴体に対し運動または移動さ
せる手段は、必要に応じて流体利用、機械的、電気利用
または手動によることもできる。同様に、弁には様々な
流体（すなわち、液体または気体）を使用することがで
きる。製作の便宜上、スプールを選択的に検索して箇々
のスプールの円形突出部に大きな半径方向隙間を設ける
ことが好ましい。しかしながら、そうした半径方向隙間
は段状孔によっても形成することができる。半径方向隙
間を一定に保ち、また箇箇の重なり長さを変えることに
より、不整合漏れ流を形成することもできる。第7A図に
示したような他の形態において、半径方向隙間を一定に
し（すなわち、c₁＝c₂）または溝46を広げることで、ス
プールが左側の最も片側位置に移動した場合に一方のラ
ンドが一定の重なり長さL₁を持つように構成することも
できる。この構成によれば、L₂はスプール位置によって
変化するが、一旦重なったL₁は変化しないため、胴体に
対するスプールストッパの位置を調節すれば、L₁とL₂の
関係（第7A図と第7B図には示されていない）を変化させ
られる利点がある。さらに、この構成によれば、中立位
置を占める場合の漏れ流が増加しない副次的な利点も奏
される。

さらに、本発明の原理は、薄板状のランド・溝の設け
られた外側表面以外の表面構造を備えた弁スプールにも
使用することができる。例えば、左側ランド53は制御用
円形突出部であるランド42と同じ隙間を備えることもで
きるが、その重なり縁には“V"形の切り欠きか、または
表面を横切って形成された狭い溝を備えることもでき
る。いずれの場合にも、そうした切り欠きまたは溝は、
重なりL₂と隙間c₂が形成する流れ拘束部に整合するかま
たは比例した流れ拘束部を形作るような比例寸法からで
きている。また、制御用円形突出部であるランド42が制
御用溝穴29を閉じ、拘束される貫通円形突出部である左
側ランド53を形成するように溝46を位置決めすることも
できる。この拘束通路の抵抗を表す流通インピーダンス
は、勿論のこと、制御用円形突出部であるランド42のイ
ンピーダンスに整合するか比例している。そうした円形
突出部並びに拡大半径方向隙間部分は対称的にする必要
はない。

ここまでは、改良された故障停止サーボ弁の好ましい
実施例を図示し説明してきたが、請求の範囲に特定され
明確にされている発明の精神から逸脱しないで、如何よ
うにも修正しまた変更することができる。

図面の簡単な説明第１図は、２段電気液圧式サーボ弁の改良された２段
スプール弁の一部を示す概略縦断面図にして、図示のス
プールは本体に対する中央位置または中立位置にあり、第1A図は、第１図に示したスプールの左側供給円形突
出部と溝穴と拡大詳細図、第1B図は、第１図に示したスプールの中央円形突出部
と左側戻り溝穴の拡大詳細図、第1C図は、第１図に示したスプールの中央円形突出部
と右側戻り溝穴の拡大詳細図、第1D図は、第１図に示したスプールの右側供給円形突
出部と溝穴の拡大詳細図、第1E図は、第１図に示した左側制御円形突出部と溝穴
の拡大詳細図、第1F図は、第１図に示した右側制御円形突出部と溝穴
の拡大詳細図、第２図は、第１図に類似した図であるが、スプールが
胴体に対して最も片側位置まで左方向に移動した状態を
示し、第2A図は、第２図に示したスプールの中央円形突出部
と左側戻り溝穴の拡大詳細図、第2B図は、第２図に示したスプールの右側供給円形突
出部と溝穴の拡大詳細図、第2C図は、第２図に示した左側制御円形突出部と溝穴
の拡大詳細図、第2D図は、第２図に示した右側制御円形突出部と溝穴
の拡大詳細図、第３図は、第１図に類似した図であるが、スプールが
胴体に対して最も片側位置まで右方向に移動した状態を
示し、第3A図は、第３図に示した左側供給円形突出部と溝穴
の拡大詳細図、第3B図は、第３図に示したスプールの中央円形突出部
と右側戻り溝穴の拡大詳細図、第3C図は、第３図に示した左側制御円形突出部と溝部
の拡大詳細図、第3D図は、第３図に示した右側制御円形突出部と溝穴
の拡大詳細図、第４図は、漏れ流のバランスのとれた故障停止サーボ
弁における、漏れ流（縦軸）と供給電流（横軸）の関係
を示すグラフ、第５図は、最も片側位置における漏れ流が不整合の状
態にある、故障停止サーボ弁の漏れ流（縦軸）と供給電
流（横軸）の関係を示すグラフ、第６図は、最も片側での漏れ流が形成されてアクチュ
エータを右方向に動かす状態になっている、液圧ブリッ
ジ回路の概略図、第7A図は、戻り溝穴に対し中立位置にある変更された
スプールを示す一部詳細図、および第7B図は、第7A図に示した構造の一部詳細図にして、
スプールは左側の最も片側位置まで移動した状態にあ
る。

10……弁、11……胴体、12……弁スプール、20……供
給用溝穴、22……制御用溝穴、23……戻り用溝穴、41、
45……供給用円形突出部、42、44……制御用円形突出
部、43……戻り用円形突出部、P_s……加圧流体供給源、
Ｒ……流体戻り部。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−205003（ＪＰ，Ａ) 特公昭60−4364（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】孔を設けた胴体（11）を備え、前記孔から
胴体内に向けて延びている供給用溝穴（20）、制御用溝
穴（22）および戻り用溝穴（23）を備えている弁（10）
にして、前記供給用溝穴（20）は加圧流体の供給源
（P_s）に連絡し、前記戻り用溝穴（23）は流体戻り部
（Ｒ）に連絡しており、また前記弁（10）は、中立位置
と最も片側のいずれか一方の位置との間をスライド運動
できるように前記孔内に作動配置された弁スプール（1
2）を備え、当該弁スプール（12）は、前記供給用溝
穴、制御用溝穴および戻り用溝穴にそれぞれ協働するよ
うにされている供給用円形突出部（41）、制御用円形突
出部（42）および戻り用円形突出部（43）を備え、箇々
の円形突出部は、前記スプールが中立位置から最も片側
のいずれか一方の位置に移動する際、流体を順次２つの
可変オリフィスに通すことで、前記制御用溝穴と、前記
供給用溝穴および戻り用溝穴のうち一方との間を流体が
流れるのを制御するように、箇々の円形突出部がこれに
連係する溝穴に対し形作られまた配置構成されている故
障停止サーボ弁において、前記制御用円形突出部と前記供給用円形突出部および戻
り用円形突出部のうちの少なくとも一方とは、前記弁ス
プールが前記選択的な位置にある際、前記供給用溝穴お
よび戻り用溝穴のうちの一方を開き、また当該供給用溝
穴および戻り用溝穴のうちの他方を閉じ、しかも前記制
御用円形突出部が前記制御用溝穴と前記供給用溝穴およ
び戻り用溝穴のうちの一方の開いた溝穴との間で生じる
流体の流れを遮断するように、それらの連係する溝穴に
比例した大きさに前記制御用円形突出部が形作られてお
り、前記制御用溝穴に流入しかつこの制御用溝穴から流
出する漏れの流量対圧力の比であるインピーダンスの比
が所定の値にほぼ等しくしたことを特徴とする故障停止
サーボ弁。
【請求項２】前記スプールが前記中立位置にある場合、
前記制御用円形突出部が前記制御用溝穴に対し部分的に
重なるようにした請求項１記載の故障停止サーボ弁。
【請求項３】前記スプールが前記中立位置にある場合、
前記制御用円形突出部と戻り用円形突出部の一方が連係
する溝穴に対しほぼ重なりが零となるようにした請求項
１記載の故障停止サーボ弁。
【請求項４】前記スプールが前記中立位置にある場合、
前記供給用円形突出部と戻り用円形突出部の各々が連係
する溝穴にほぼ重なり零とされるようにした請求項１記
載の故障停止サーボ弁。
【請求項５】前記選択的な位置が前記スプールの最も片
側位置である請求項１記載の故障停止サーボ弁。
【請求項６】前記スプールが前記選択的な位置にある場
合、前記一方の円形突出部は第１の軸方向長さにわたり
前記制御用溝穴に重なり、そして前記制御用円形突出部
は第２の軸方向長さにわたり連係する溝穴に重なるよう
にした請求項１記載の故障停止サーボ弁。
【請求項７】前記第１の長さは前記第２の長さよりも長
い請求項６記載の故障停止サーボ弁。
【請求項８】前記一方の円形突出部と前記孔の間の半径
方向隙間が、前記制御用円形突出部と前記孔の間の半径
方向隙間よりも大きくされている請求項７記載の故障停
止サーボ弁。
【請求項９】前記一方の円形突出部と前記孔の間の半径
方向隙間が、前記制御用円形突出部から前記孔の間の半
径方向隙間と前記第１および第２の長さの比率の立方根
との積にほぼ等しくされている請求項８記載の故障停止
サーボ弁。
【請求項１０】前記インピーダンス比がほぼ１に等しい
請求項１記載の故障停止サーボ弁。
【請求項１１】前記インピーダンス比が１以外の値を取
り、前記制御用溝穴に対する正味漏れ流が形成されるよ
うな請求項１記載の故障停止サーボ弁。
【請求項１２】前記一方の円形突出部および孔と前記制
御用円形突出部および孔の間の半径方向隙間の比率が、
前記第２の長さと前記第１の長さの比率に反比例してい
るような請求項８記載の故障停止サーボ弁。
【請求項１３】前記スプールが前記選択的な位置にある
場合、前記供給用溝穴と制御用溝穴の間の圧力差が前記
制御用溝穴と戻り用溝穴の間の圧力差にほぼ等しいよう
な請求項１記載の故障停止サーボ弁。
【請求項１４】前記弁が２段電気液圧式サーボ弁の第２
段であるような請求項１記載の故障停止サーボ弁。