JP2004076921A - Pressure-control device by flapper driving - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve miniaturization of a flapper drive source such as a torque motor, and energy saving by keeping a force for driving a flapper at a constant value regardless of a flapper position. <P>SOLUTION: When a maximum sectional area of a pressure-receiving member 13 is designated as A, a force F' acting on a flapper 30 can be kept at a constant force as shown by a formula; F'=PsxA=constant. That is to say, the force F' acting on the flapper 30 can be kept constant regardless of a position of the flapper 30. When nozzles 15 and 25 are opposed to each other, the force F' acting on the flapper 30 can be made to O, provided that maximum sectional areas of the pressure receiving members 13, 23 are designated as A. That is to say, the force F' acting on the flapper 30 can be made to 0 regardless of the position of the flapper 30. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フラッパを駆動することにより、油、エチレングリコール、水、空気などの流体の圧力を変化させて、方向制御弁、流量制御弁、圧力制御弁などの弁位置等を制御する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
油などの流体の圧力を制御するバルブには、ノズルフラッパ機構が設けられたものがある。ノズルフラッパ機構は、フラッパの微小な機械的な変位を大きな圧力変化に変換する機構であり、ノズルフラッパ弁と呼ばれている。ノズルフラッパ機構ないしはノズルフラッパ弁の構造は図９に示される。
【０００３】
同図９に示されるように、供給圧力Ｐｓの流体を圧力流体流路１１の圧力供給口１６から供給し、流路１１内の上流側絞り１７を通過させ流路１１先端に形成されたノズル１５から噴出させる。フラッパ３０はノズル１５の先端の噴出口１２に対向して配置されている。フラッパ３０は図示しないトルクモータなどによって駆動される。流体はノズル先端噴出口１２とフラッパ３０の対向面３０ａとの隙間からなる可変絞り１９を通過する。ノズル先端噴出口１２とフラッパ３０の対向面３０ａとの距離（フラッパ・ノズル間距離）をＸとする。フラッパ３０を駆動してフラッパ・ノズル間距離Ｘを零にするとノズル先端噴出口１２から流体が噴出しなくなるので、上流側絞り１７と可変絞り１９との間の流体の圧力Ｐ（ノズル圧力Ｐ）は、供給圧力Ｐｓと等しくなる。ただしノズル圧力Ｐが供給圧力Ｐｓと等しくなるには圧力取出し口１４の流量が零である必要がある。逆にフラッパ３０を駆動してフラッパ・ノズル間距離Ｘを大きくすると、可変絞り１９を通過する流体の量が増加することになる。フラッパ・ノズル間距離Ｘとノズル圧力Ｐとの関係は図１０に示され、フラッパ・ノズル間距離Ｘを大きくするにつれてノズル圧力Ｐが減少する。ノズル圧力Ｐは圧力流体流路１１に設けられた圧力取出し口１４から取り出される。圧力取出し口１４は図示しないサーボ弁などに連通されており、圧力取出し口１４から取り出された圧力Ｐに応じてサーボ弁などが制御される。
【０００４】
図１１は図１０に示す対応関係を、フラッパ・ノズル間距離Ｘと、フラッパ３０の対向面３０ａが流体から受ける力Ｆとの対応関係に置換したものである。同図１１に示すように、フラッパ・ノズル間距離Ｘを大きくするにつれて、フラッパ３０が流体から受ける力Ｆは大きく減少する。したがってフラッパ・ノズル間距離Ｘが小さくなるほど、フラッパ３０を駆動する力を、大きく変化させなければならない。また流体がフラッパ３０に与える流体力（噴力）は、ノズル圧力Ｐに比例し、ノズル圧力Ｐは図１０に示すように、供給圧力Ｐｓに依存するので、供給圧力Ｐｓが高ければ高いほどフラッパ３０を駆動するには大きな駆動力が必要になることになる。
【０００５】
すなわち図９において可変絞り１９を通過する流体がフラッパ３０の対向面３０ａに与える流体力をｆとすると、フラッパ３０が図中右向きに受ける力Ｆは、
Ｆ＝ｆ　…（１）
で表される。一般に流体力（噴力）ｆは近似的にノズル圧力Ｐに比例するので比例定数をｋとすると、上記（１）式は、
Ｆ＝ｆ＝ｋ・Ｐ　…（２）
と表される。よって、この状態からフラッパ３０を図中左方向に移動させるには力Ｆ以上の力でフラッパ３０を駆動しなければならない。ノズル圧力Ｐとフラッパ・ノズル間距離Ｘとの関係は図１０に示すような関係にあることから、図１０に対応して図１１に示す関係が得られる。つまりフラッパ３０が流体から受ける力Ｆは、フラッパ・ノズル間距離Ｘが小さくなるほど、大きく変化する。また供給圧力Ｐｓを大きくすればするほどノズル圧力Ｐが大きくなり（図１０参照）、フラッパ３０が流体から受ける力Ｆ（＝ｋ・Ｐ）は大きくなる。
【０００６】
そこで、フラッパ３０が流体から受ける流体力ｆを補償する構造として、図１２に示すように、一対のノズル１５、２５の各噴出口１２、２２がフラッパ３０の各対向面３０ａ、３０ｂにそれぞれ対向するように一対のノズル１５、２５を対向配置させた構造のものが考えられている。
【０００７】
図１２に示すノズルフラッパ機構では、一方の可変絞り１９を通過する流体がフラッパ３０に与える流体力ｆ１と、他方の可変絞り２９を通過する流体がフラッパ３０に与える流体力ｆ２との差が、フラッパ３０の駆動力となる。
【０００８】
すなわち図１２において破線で示すようにフラッパ３０が対向する各ノズル１５、２５間の中央に位置しているときには、図中左側のノズル１５のノズル圧力Ｐ１と図中右側のノズル２５のノズル圧力Ｐ２とは等しく、このため上記（２）式よりノズル噴出口１２、２２から噴出する流体がフラッパ３０に与える流体力ｆ１、ｆ２も等しい。そこで、フラッパ３０を破線で示す中央位置から図中左側にｘｆだけ移動させ、このときのノズル噴出口１２、２２からフラッパ３０に与える流体力をそれぞれｆ′１、ｆ′２とすると、この状態から更に左方向にフラッパ３０を駆動するのに必要な力Ｆは、
Ｆ＝ｆ′１−ｆ′２　…（３）
で表される。前述した（２）式と上記（３）式を比較すると、流体力の差分だけフラッパ３０の駆動力Ｆを小さく抑えることができる。
【０００９】
しかしながら力Ｆそれ自体は図１１に示すようにフラッパ・ノズル間距離Ｘに依存しているため、フラッパ・ノズル間距離Ｘ次第でフラッパ３０の駆動力が大きく変化する点は依然として解決することができない。
【００１０】
図１３は図１２に示すノズルフラッパ機構を、サーボ弁の制御に使用した場合を例示している。
【００１１】
図１３において、サーボ弁４０には、弁位置を切換えることで、圧油をＡポートまたはＢポートに供給するスプール４３が摺動自在に設けられている。スプール４３の図中左右端面はそれぞれセンタリングバネ４４、４５によって支承されている。スプール４３の左右にはそれぞれ圧力室４１、４２が形成され、圧力室４１、４２内の圧油がそれぞれスプール４３の左右端面に作用している。図中左側の圧力流体流路１１の圧力取出し口１４は図中左側の一方の圧力室４１に連通している。図中右側の圧力流体流路２１の圧力取出し口２４は図中右側の他方の圧力室４２に連通している。一対の圧力流体流路１１、２１は共通する圧力供給口１６を有している。圧力供給口１６はサーボ弁４０の入口ポートに連通している。
【００１２】
フラッパ３０が一対のノズル１５、２５間の中央に位置している場合には、スプール４３の両端には同圧のノズル圧力Ｐ１、Ｐ２に応じた力が作用しているとともに、センタリングバネ４４、４５による同じバネ力が加えられており、スプール４３が中立位置に静止している。このため圧力供給口１６と各Ａ、Ｂポートとの連通が遮断され、サーボ弁４０からＡ、Ｂポートに圧油は供給されない。
【００１３】
この中立位置の状態からトルクモータによってフラッパ３０が図中左側にｘｆだけ駆動されると、図中左側のノズル１５のノズル圧力Ｐ′１はＰ′１＞Ｐ１となり、図中右側のノズル２５のノズル圧力Ｐ′２はＰ′２＜Ｐ２となる。このためノズル圧力差Ｐ′１−Ｐ′２に応じた力がスプール４３に図中右方向に加わりスプール４３は図中右方向に移動し、各センタリングバネ４４、４５の復元力と釣り合う位置で静止し圧力供給口１６がサーボ弁４０を介してＡポートに連通する。このため圧力供給口１６からサーボ弁４０に流入した圧力Ｐｓの流体はＡポートに流れる。なおＢポートはタンクポートＴに連通する。一方、フラッパ３０が図中右側にｘｆだけ駆動されると、図中右側のノズル２５のノズル圧力Ｐ′２はＰ′２＞Ｐ２となり、図中左側のノズル１５のノズル圧力Ｐ′１はＰ′１＜Ｐ１となる。このためノズル圧力差Ｐ′２−Ｐ′１に応じた力がスプール４３に図中左方向に加わりスプール４３は図中左方向に移動し、各センタリングバネ４４、４５の復元力と釣り合う位置で静止し圧力供給口１６がサーボ弁４０を介してＢポートに連通する。このため圧力供給口１６からサーボ弁４０に流入した圧力Ｐｓの流体はＢポートに流れる。なおＡポートはタンクポートＴに連通する。
【００１４】
ここでフラッパ３０には、ノズル圧力差Ｐ′１−Ｐ′２ないしはＰ′２−Ｐ′１に応じた流体力が図中右向きないしは左向きに加えられているため、トルクモータによって、これら流体力よりも大きい駆動力を逆向きにフラッパ３０に与えなければならない。
【００１５】
しかしながら流体力は図１１に示すようにフラッパ・ノズル間距離Ｘに依存しているため、フラッパ３０が一方のノズル側に近づくほどフラッパ３０の駆動力が大きくなってしまう。また流体の供給圧力Ｐｓが高ければ高いほど、流体力が大きくなりフラッパ３０の駆動力が大きくなってしまう。このためフラッパ３０が一方のノズル側に近づき供給圧力Ｐｓが高くなるほどトルクモータを駆動する電力が増加し、トルクモータの小型化、省電力化が難しくなる。
【００１６】
本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、フラッパを駆動する力をフラッパ位置に関係なく一定値にすることにより、トルクモータなどのフラッパ駆動源の小型化、省エネルギー化を達成することを解決課題とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段および効果】
第１発明は、
フラッパ（３０）の対向面（３０ａ）に流体噴出口（１２）が対向するよう配置された流路（１１）と、
前記フラッパ（３０）に接続し前記流路（１１）内に配置された受圧部材（１３）と、
前記フラッパ（３０）と前記流路（１１）の流体噴出口（１２）との距離を変化させるよう、前記フラッパ（３０）を駆動する手段と
を具え、
前記流路（１１）のうち受圧部材（１３）の下流側に圧力取出し口（１４）を設けたこと
を特徴とする。
【００１８】
図１において、受圧部材１３の最大断面積をＡとすると、フラッパ３０に作用する力Ｆ′を、
Ｆ′＝Ｐｓ・Ａ＝定数　…（７）
と一定の力にすることができる。すなわちフラッパ３０の位置に関係なく、フラッパ３０に作用する力Ｆ′を一定にすることができる。よってトルクモータなどの駆動源で一定の力Ｆ′を発生させることができれば、フラッパ３０を移動させて圧力制御を行うことができる。
【００１９】
このように本発明によれば、フラッパ３０を駆動する力をフラッパ位置に関係なく一定値にできたので、トルクモータなどのフラッパ駆動源を小型化でき省エネルギー化を達成することができる。
【００２０】
第２発明は、
フラッパ（３０）の各対向面（３０ａ、３０ｂ）に各流体噴出口（１２、２２）が対向するよう配置された一対の流路（１１、２１）と、
前記フラッパ（３０）に接続し前記一対の流路（１１、２１）内にそれぞれ配置された一対の受圧部材（１３、２３）と、
前記フラッパ（３０）と前記一対の流路（１１、２１）の各流体噴出口（１２、２２）との距離を変化させるよう、前記フラッパ（３０）を駆動する手段と
を具え、
前記一対の流路（１１、２１）のうち受圧部材（１３、２３）の下流側に圧力取出し口（１４、２４）を設けたこと
を特徴とする。
【００２１】
図４において、受圧部材１３、２３の最大断面積をＡとすると、フラッパ３０に作用する力Ｆ′は、
Ｆ′＝２（ｋ−Ａ）Ｃｐ・ｘｆ　…（１５）
となり、上記（１５）式でｋ＝Ａ（（６）式）とするとフラッパ３０が受ける流体力を零にすることができる。
【００２２】
すなわちフラッパ３０の位置に関係なく、フラッパ３０に作用する力Ｆ′をほぼ０にすることができる。よってトルクモータなどの駆動源でフラッパ３０を移動させるだけの力を発生させることができれば、フラッパ３０を移動させて圧力制御を行うことができる。
【００２３】
このように本発明によれば、フラッパ位置に関係なくフラッパ３０を移動させるだけの力を発生させるだけで圧力を制御できるので、トルクモータなどの駆動源を小型化でき省エネルギー化を達成することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお以下の実施形態では流体として油を想定しているが、エチレングリコール、水、空気などの流体を使用する実施も可能である。
【００２５】
図１は実施形態のノズルフラッパ機構を示している。図９に示すノズルフラッパ機構と同じ構成要素には同じ符号を付けている。
【００２６】
同図１に示されるように、圧力流体流路１１の上流には圧力供給口１６が開口している。圧力流体流路１１の下流先端にはノズル１５が形成されている。ノズル１５の先端には噴出口１２が開口している。圧力供給口１６とノズル１５との間には、筒部材１８が、その断面と圧力流体流路１１の断面とが同心状になるように設けられている。筒部材１８の配設部位とノズル１５との間には、圧力取出し口１４が形成されている。
【００２７】
圧力流体流路１１の噴出口１２には、対向面３０ａが対向するようフラッパ３０（対向部材３０）が近接して配置されている。
【００２８】
フラッパ３０の対向面３０ａには接続棒３１の一端が接続している。接続棒３１の他端は受圧部材１３に接続している。受圧部材１３は球形状の部材であり、筒部材１８の内側に配置されている。受圧部材１３の最大断面積をＡとする。ただし受圧部材１３たる球の直径は筒部材１８の内径よりも小さいものとする。筒部材１８と受圧部材１３との間隙によって上流側絞り１７が形成されている。ここで筒部材１８と受圧部材１３との間隙の面積は、図９に示す筒部材１８の内径の面積と同じ面積に設定されており、図９に示す上流側絞り１７の開口面積と図１に示す上流側絞り１７の開口面積とを同じくしている。
【００２９】
またノズル先端の噴出口１２とフラッパ３０との間隙によって、可変絞り１９が形成されている。
【００３０】
供給圧力Ｐｓの流体は、圧力供給口１６から圧力流体流路１１内に供給され、上流側絞り１７、ノズル１５を通過してノズル先端噴出口１２から噴出され、ノズル先端噴出口１２とフラッパ３０の対向面３０ａとの隙間からなる可変絞り１９を通過する。可変絞り１９を通過した流体は、ノズル圧力Ｐに応じた流体力をフラッパ３０に与える。
【００３１】
ノズル先端噴出口１２とフラッパ３０との距離であるフラッパ・ノズル間距離Ｘは、フラッパ３０の位置に応じて変化する。フラッパ３０は図示しない駆動源たとえばトルクモータによって駆動されフラッパ３０の位置が変化する。
【００３２】
フラッパ３０の位置に応じて、上流側絞り１７と可変絞り１９との間の流体の圧力Ｐ、つまりノズル圧力Ｐが変化し、圧力取出し口１４からノズル圧力Ｐが取り出される。圧力取出し口１４は、図示しない制御対象たとえばサーボ弁に連通されており、圧力取出し口１４から取り出された圧力Ｐに応じてサーボ弁等が制御される。以上のようにして駆動源（トルクモータ）に指令される信号に応じてフラッパ３０の位置を変化させ、これによりノズル圧力Ｐを変化させ、制御対象の制御量（たとえばサーボ弁の弁位置）を変化させることができる。
【００３３】
図２に示すように、トルクモータによってフラッパ３０が破線に示す状態から図中左側にｘｆだけ駆動されると、可変絞り１９の圧力つまりノズル１５のノズル圧力はＰからＰ′に変化し、Ｐ′＞Ｐとなる。このとき可変絞り１９を通過する流体がフラッパ３０の対向面３０ａに与える流体力（噴力）を、ｆ′とすると、フラッパ３０に対して図中右向きに作用する力Ｆ′は、
Ｆ′＝ｆ′−Ｐ′・Ａ＋Ｐｓ・Ａ　…（４）
で表される。ただし接続棒３１の断面積は受圧部材１３たる球の最大断面積Ａに比べて小さく無視できるものとする。一般に流体力（噴力）ｆ′は近似的にノズル圧力Ｐ′に比例するので比例定数をｋとすると、上記（４）式は、

と表される。
【００３４】
中立位置からのフラッパ３０の変位を図中左向きを正にとりｘｆとすると、ノズル圧力Ｐ′はｘｆの１次式で近似され次式のようになる。
【００３５】
Ｐ′＝Ｐ＋Ｃｐ・ｘｆ　…（５）′
ここでＣｐは圧力増加分（Ｃｐ＞０）であり、上記（５）式は（５）′式を用いてつぎのように表される。
【００３６】

ここで、この実施形態の装置では、
Ａ＝ｋ　…（６）
が成立するように受圧部材１３の最大断面積Ａが設定されている。
【００３７】
このため上記（５）″式は、上記（６）式を用いて、
Ｆ′＝Ｐｓ・Ａ＝定数　…（７）
と書き換えることができ、フラッパ・ノズル間距離Ｘ、つまりフラッパ３０の位置に関係なく、フラッパ３０に作用する力Ｆ′を一定にすることができる。よってトルクモータで、一定の力Ｆ′にフラッパ３０を移動させるだけの力を加えた力を発生させてフラッパ３０を駆動すれば、フラッパ３０を図中左方向に更に移動させることができる。
【００３８】
またｋ＞Ａ、ｋ＜Ａとすることにより図１５に示すように、フラッパ・ノズル間距離Ｘに対するフラッパ３０に作用する流体力Ｆ′の傾きを任意に設定することができる。
【００３９】
フラッパ位置を保持するためにトルクモータが発生する力をＦＴＭ、フラッパ３０が中立位置に戻ろうとする弾性復元力をＦｆ、この弾性係数をｋｆとすると、

となる。上記式の第２項は定数項であるので、トルクモータの発生力の増分ｆＴＭは、

となる。ここで、Ｋは、
Ｋ＝ｋｆ＋（ｋ−Ａ）Ｃｐ　…（１８）
であり系のみかけのばね定数である。
【００４０】
Ａ＞ｋとすると、みかけのばね定数Ｋは小さくなるのでトルクモータが発生する駆動力が同じでもフラッパ３０の変位量ｘｆを大きくすることができる。
【００４１】
このように本実施形態によれば、フラッパ３０を駆動する力をフラッパ位置に関係なく一定値にできたので、トルクモータなどのフラッパ駆動源を小型化でき省エネルギー化を達成することができる。
【００４２】
つぎに図３に示すように、一対のノズル１５、２５の各噴出口１２、２２がフラッパ３０の各対向面３０ａ、３０ｂにそれぞれ対向するように一対のノズル１５、２５を対向配置させた実施形態について説明する。
【００４３】
図３の実施形態においても図１の実施形態と同様に、フラッパ３０の対向面３０ａには接続棒３１の一端が接続され、接続棒３１の他端は球形状の受圧部材１３に接続されている。また受圧部材１３は筒部材１８の内側に配置されており、筒部材１８と受圧部材１３との間隙によって上流側絞り１７を形成している。同様にフラッパ３０の対向面３０ａとは反対側の対向面３０ｂには接続棒３２の一端が接続され、接続棒３２の他端は球形状の受圧部材２３に接続されている。また受圧部材２３は筒部材２８の内側に配置されており、筒部材２８と受圧部材２３との間隙によって上流側絞り２７を形成している。
【００４４】
図４で破線で示すようにフラッパ３０が対向する各ノズル１５、２５間の中央に位置している状態から、トルクモータによって図中左側にｘｆだけ駆動されると、図中左側の可変絞り１９の圧力つまりノズル１５のノズル圧力はＰ１からＰ′１に変化し、Ｐ′１＞Ｐ１となり、図中右側の可変絞り２９の圧力つまりノズル２５のノズル圧力はＰ２からＰ′２に変化し、Ｐ′２＜Ｐ２となる。このとき図中左側の可変絞り１９を通過する流体がフラッパ３０の対向面３０ａに与える流体力（噴力）をｆ′１とし、図中右側の可変絞り２９を通過する流体がフラッパ３０の対向面３０ｂに与える流体力（噴力）をｆ′２とすると、図中左側の流路１１、可変絞り１９を通過する流体によってフラッパ３０が図中右向きに受ける力Ｆ′１、図中右側の流路２１、可変絞り２９を通過する流体によってフラッパ３０が図中左向きに受ける力Ｆ′２はそれぞれ、上記（４）式と同様にして、
Ｆ′１＝ｆ′１−Ｐ′１・Ａ＋Ｐｓ・Ａ　…（８）
Ｆ′２＝ｆ′２−Ｐ′２・Ａ＋Ｐｓ・Ａ　…（９）
と表される。ただし接続棒３１、３２の断面積は受圧部材１３、２３たる球の最大断面積Ａに比べて小さく無視できるものとする。一般に流体力（噴力）ｆ′１、ｆ′２はそれぞれ近似的にノズル圧力Ｐ′１、Ｐ′２に比例するので比例定数をｋとすると、上記（８）、（９）式は、上記（５）式と同様にして、
Ｆ′１　＝（ｋ−Ａ）Ｐ′１＋Ｐｓ・Ａ　…（１０）
Ｆ′２　＝（ｋ−Ａ）Ｐ′２＋Ｐｓ・Ａ　…（１１）
と表される。
【００４５】
よってフラッパ３０が受ける力Ｆ′は、
Ｆ′＝Ｆ′１−Ｆ′２＝（ｋ−Ａ）（Ｐ′１−Ｐ′２）　…（１２）
となる。
【００４６】
ここで中立位置からのフラッパ変位をｘｆとし、各ノズル圧力Ｐ′１、Ｐ′２をｘｆの１次式で近似すると、
Ｐ′１＝Ｐ＋Ｃｐ・ｘｆ　…（１３）
Ｐ′２＝Ｐ−Ｃｐ・ｘｆ　…（１４）
となる。よって、
Ｆ′＝２（ｋ−Ａ）Ｃｐ・ｘｆ　…（１５）
となる。
【００４７】
上記（１５）式でｋ＝Ａ（（６）式）とするとフラッパ３０が受ける流体力Ｆ′を零にすることができる。
【００４８】
このためフラッパ・ノズル間距離Ｘ、つまりフラッパ３０の位置に関係なく、フラッパ３０に作用する力Ｆ′をほぼ０にすることができる。よってトルクモータでフラッパ３０を移動させるだけの力を発生させてフラッパ３０を駆動すれば、フラッパ３０を図中左方向に更に移動させることができる。
【００４９】
このように本実施形態によれば、フラッパ３０を駆動する力をフラッパ位置に関係なくほぼ０にできたので、トルクモータなどのフラッパ駆動源を小型化でき省エネルギー化を達成することができる。
【００５０】
またｋ＞Ａ、ｋ＜Ａとすることにより図１６に示すように、フラッパ・ノズル間距離ｘに対するフラッパ３０に作用する流体力Ｆ′の傾きを任意に設定することができる。
【００５１】
フラッパ位置を保持するためにトルクモータが発生する力をＦＴＭ、フラッパ３０が中立位置に戻ろうとする弾性復元力をＦｆ、この弾性係数をｋｆとすると、

となる。
【００５２】
ここで、Ｋは系のみかけのばね定数で、
Ｋ＝ｋｆ＋２・（ｋ−Ａ）Ｃｐ　…（２０）
と表される。
【００５３】
Ａ＞ｋとすると、みかけのばね定数Ｋは小さくなるのでトルクモータが発生する駆動力が同じでもフラッパ３０の変位量ｘｆを大きくすることができる。
【００５４】
図３に示すノズルフラッパ機構を、前述した図１３と同様にしてサーボ弁に組み込み、サーボ弁の制御に使用してもよい。図１４はノズルフラッパ機構をサーボ弁に組み込みフラッパ駆動位置に応じてサーボ弁を制御する実施形態装置を示している。この実施形態においてもフラッパ３０が受ける流体力をフラッパ位置に関係なくほぼ０にしてサーボ弁４０を制御できるので、サーボ弁４０の制御に用いられるトルクモータなどの駆動源を小型化でき省エネルギー化を達成することができる。
【００５５】
上述した実施形態には種々の変形が可能である。
【００５６】
上述した実施形態では受圧部材１３、２３を球形状としているが、受圧部材１３、２３としては任意の形状に形成することができる。
【００５７】
図５（ａ）は受圧部材１３、２３を円筒形状に形成した場合を例示している。
図５（ｂ）は受圧部材１３、２３を円筒形状とテーパ形状とを組み合わせた形状に形成した場合を例示している。
【００５８】
図５（ｃ）は受圧部材１３、２３を円板形状に形成した場合を例示している。
【００５９】
上述した実施形態では図１に示すように筒部材１８と受圧部材１３との間隙によって上流側絞り１７を形成しているが、筒部材１８を設けることなく上流側絞り１７を形成する実施も可能である。
【００６０】
図６は圧力流体流路１１に筒部材１８を設けずに流路内面をストレート構造と成し、圧力流体流路１１と受圧部材１３との隙間によって上流側絞り１７を形成した場合を例示している。
【００６１】
また上述した実施形態では図１に示すように圧力流体流路１１の先端をテーパ状にしてノズル１５を形成しているが、図７に示すように圧力流体流路１１の先端にノズル１５を形成することなくストレート構造と成す実施も可能である。
【００６２】
また上述した実施形態では図１に示すように筒部材１８の内径を筒部材長手方向にわたり一定として、受圧部材１３の位置に関係なく上流側絞り１７の開口面積を一定としている。しかし受圧部材１３の位置に応じて、つまりフラッパ３０の駆動位置に応じて、上流側絞り１７の開口面積を変化させ、ノズル圧力Ｐを変化させる実施も可能である。
【００６３】
図８は圧力流体流路１１のうち上流側絞り１７に相当する部位の内径を、フラッパ３０側に近づくにつれて内径が小さくなるテーパ状に形成して、この圧力流体流路１１のテーパ形状部と受圧部材１３との隙間によって可変絞りの上流側絞り１７を形成した場合を例示している。図８に示す構造によれば、受圧部材１３の位置に応じて、つまりフラッパ３０の駆動位置に応じて、上流側絞り１７の開口面積が変化し、ノズル圧力Ｐが変化する。
【００６４】
なお上述した実施形態ではフラッパをトルクモータを用いて駆動するものとして説明したが、フラッパを駆動する手段は任意でありたとえばバイモルフ型圧電アクチュータ、積層型圧電アクチュエータを使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は実施形態のノズルフラッパ機構を示す図である。
【図２】図２は図１の装置の動作を説明する図である。
【図３】図３はノズルを対向配置させたノズルフラッパ機構を実施形態として示す図である。
【図４】図４は図３の装置の動作を説明する図である。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は受圧部材の構成例を例示した図である。
【図６】図６は筒部材を設けない実施形態を示す図である。
【図７】図７はノズルを設けない実施形態を示す図である。
【図８】図８は流路のうち上流側絞りに相当する部位をテーパ状に形成した実施形態を示す図である。
【図９】図９はノズルフラッパ機構の構成を説明する図である。
【図１０】図１０はフラッパ・ノズル間距離とノズル圧力との関係を示す図である。
【図１１】図１１はフラッパ・ノズル間距離とフラッパの対向面が受ける力との関係を示す図である。
【図１２】図１２はノズルを対向配置させたノズルフラッパ機構の構成を説明する図である。
【図１３】図１３はノズルフラッパ機構をサーボ弁に組み込んだ構成例を示す図である。
【図１４】図１４はノズルフラッパ機構をサーボ弁に組み込んだ構成例を実施形態として示す図である。
【図１５】図１５は図１の実施形態を説明する図であり、受圧部材の面積の大きさに応じて、フラッパ・ノズル間距離とフラッパの対向面が受ける力との関係が変化する様子を説明する図である。
【図１６】図１５は図３の実施形態を説明する図であり、受圧部材の面積の大きさに応じて、フラッパ・ノズル間距離とフラッパの対向面が受ける力との関係が変化する様子を説明する図である。
【符号の説明】
１１、２１　圧力流体流路
１２、２２　噴出口
１３、２３　受圧部材
１４、２４　圧力取出し口
３０　フラッパ
４０　サーボ弁[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for controlling a valve position of a direction control valve, a flow control valve, a pressure control valve, and the like by changing a pressure of a fluid such as oil, ethylene glycol, water, and air by driving a flapper. Things.
[0002]
2. Description of the Related Art
Some valves for controlling the pressure of a fluid such as oil are provided with a nozzle flapper mechanism. The nozzle flapper mechanism is a mechanism that converts minute mechanical displacement of the flapper into a large pressure change, and is called a nozzle flapper valve. The structure of the nozzle flapper mechanism or the nozzle flapper valve is shown in FIG.
[0003]
As shown in FIG. 9, a fluid having a supply pressure Ps is supplied from a pressure supply port 16 of a pressure fluid channel 11, passes through an upstream throttle 17 in the channel 11, and is formed at a tip of the channel 11. Spout from 15 The flapper 30 is arranged to face the ejection port 12 at the tip of the nozzle 15. The flapper 30 is driven by a torque motor (not shown) or the like. The fluid passes through a variable throttle 19 formed by a gap between the nozzle tip jet port 12 and the facing surface 30a of the flapper 30. Let X be the distance between the nozzle tip outlet 12 and the opposing surface 30a of the flapper 30 (the distance between the flapper and the nozzle). If the flapper 30 is driven to reduce the flapper-nozzle distance X to zero, fluid will not squirt from the nozzle tip orifice 12, so the fluid pressure P between the upstream throttle 17 and the variable throttle 19 (nozzle pressure P) Becomes equal to the supply pressure Ps. However, in order for the nozzle pressure P to be equal to the supply pressure Ps, the flow rate at the pressure outlet 14 needs to be zero. Conversely, when the flapper 30 is driven to increase the flapper-nozzle distance X, the amount of fluid passing through the variable throttle 19 increases. FIG. 10 shows the relationship between the flapper-nozzle distance X and the nozzle pressure P. As the flapper-nozzle distance X increases, the nozzle pressure P decreases. The nozzle pressure P is taken out from a pressure outlet 14 provided in the pressure fluid flow path 11. The pressure outlet 14 is connected to a servo valve (not shown) or the like, and the servo valve or the like is controlled according to the pressure P taken out from the pressure outlet 14.
[0004]
FIG. 11 replaces the correspondence shown in FIG. 10 with the correspondence between the flapper-nozzle distance X and the force F received from the fluid on the facing surface 30 a of the flapper 30. As shown in FIG. 11, as the distance X between the flapper and the nozzle is increased, the force F received by the flapper 30 from the fluid is greatly reduced. Therefore, as the flapper-nozzle distance X decreases, the driving force of the flapper 30 must be changed greatly. Further, the fluid force (jet force) given by the fluid to the flapper 30 is proportional to the nozzle pressure P, and the nozzle pressure P depends on the supply pressure Ps, as shown in FIG. Driving 30 requires a large driving force.
[0005]
That is, assuming that the fluid force applied by the fluid passing through the variable throttle 19 to the facing surface 30a of the flapper 30 in FIG.
F = f (1)
Is represented by In general, the fluid force (spray force) f is approximately proportional to the nozzle pressure P. Therefore, if the proportionality constant is k, the above equation (1) becomes:
F = f = kP (2)
It is expressed as Therefore, in order to move the flapper 30 leftward in the drawing from this state, the flapper 30 must be driven with a force greater than the force F. Since the relationship between the nozzle pressure P and the flapper-nozzle distance X is as shown in FIG. 10, the relationship shown in FIG. 11 is obtained corresponding to FIG. That is, the force F that the flapper 30 receives from the fluid changes greatly as the flapper-nozzle distance X decreases. Further, the nozzle pressure P increases as the supply pressure Ps increases (see FIG. 10), and the force F (= kP) that the flapper 30 receives from the fluid increases.
[0006]
Therefore, as a structure for compensating the fluid force f received from the fluid by the flapper 30, as shown in FIG. 12, each of the ejection ports 12, 22 of the pair of nozzles 15, 25 is opposed to each of the opposed surfaces 30a, 30b of the flapper 30, respectively. A structure in which a pair of nozzles 15 and 25 are arranged so as to face each other is considered.
[0007]
In the nozzle flapper mechanism shown in FIG. 12, the difference between the fluid force f1 applied by the fluid passing through one variable throttle 19 to the flapper 30 and the fluid force f2 applied by the fluid passing through the other variable throttle 29 to the flapper 30 is determined by the flapper. 30 driving force.
[0008]
That is, when the flapper 30 is located at the center between the opposed nozzles 15 and 25 as shown by the broken line in FIG. 12, the nozzle pressure P1 of the nozzle 15 on the left side in the figure and the nozzle pressure P2 of the nozzle 25 on the right side in the figure Therefore, according to the above equation (2), the fluid forces f1 and f2 applied to the flapper 30 by the fluid ejected from the nozzle ejection ports 12 and 22 are also equal. Therefore, assuming that the flapper 30 is moved from the center position shown by the broken line to the left side in the drawing by xf, and the fluid forces applied to the flapper 30 from the nozzle outlets 12 and 22 at this time are f'1 and f'2, respectively. The force F required to drive the flapper 30 further to the left from
F = f′1-f′2 (3)
Is represented by Comparing the above equation (2) with the above equation (3), the driving force F of the flapper 30 can be reduced by the difference of the fluid force.
[0009]
However, since the force F itself depends on the flapper-nozzle distance X as shown in FIG. 11, the point that the driving force of the flapper 30 greatly changes depending on the flapper-nozzle distance X cannot be solved yet. .
[0010]
FIG. 13 illustrates a case where the nozzle flapper mechanism shown in FIG. 12 is used for controlling a servo valve.
[0011]
In FIG. 13, the servo valve 40 is provided with a spool 43 that slidably supplies pressure oil to an A port or a B port by switching the valve position. Left and right end surfaces of the spool 43 in the figure are supported by centering springs 44 and 45, respectively. Pressure chambers 41 and 42 are formed on the left and right of the spool 43, respectively, and the pressure oil in the pressure chambers 41 and 42 acts on the left and right end surfaces of the spool 43, respectively. The pressure outlet 14 of the pressure fluid flow path 11 on the left side in the drawing communicates with one pressure chamber 41 on the left side in the drawing. The pressure outlet 24 of the pressure fluid flow path 21 on the right side in the drawing communicates with the other pressure chamber 42 on the right side in the drawing. The pair of pressure fluid channels 11 and 21 have a common pressure supply port 16. The pressure supply port 16 communicates with an inlet port of the servo valve 40.
[0012]
When the flapper 30 is located at the center between the pair of nozzles 15 and 25, a force corresponding to the nozzle pressures P1 and P2 of the same pressure acts on both ends of the spool 43, and the centering spring 44 and 45, the same spring force is applied, and the spool 43 is stationary at the neutral position. Therefore, communication between the pressure supply port 16 and each of the A and B ports is cut off, and no pressure oil is supplied from the servo valve 40 to the A and B ports.
[0013]
When the flapper 30 is driven xf to the left in the drawing by the torque motor from this neutral position, the nozzle pressure P′1 of the nozzle 15 on the left in the drawing becomes P′1> P1, and the pressure of the nozzle 25 on the right in the drawing becomes The nozzle pressure P'2 is P'2 <P2. For this reason, a force corresponding to the nozzle pressure difference P'1-P'2 is applied to the spool 43 rightward in the drawing, and the spool 43 moves rightward in the drawing, at a position where the restoring force of each centering spring 44, 45 is balanced. At rest, the pressure supply port 16 communicates with the A port via the servo valve 40. Therefore, the fluid having the pressure Ps flowing into the servo valve 40 from the pressure supply port 16 flows to the A port. The B port communicates with the tank port T. On the other hand, when the flapper 30 is driven to the right by xf in the drawing, the nozzle pressure P'2 of the nozzle 25 on the right in the drawing becomes P'2> P2, and the nozzle pressure P'1 of the nozzle 15 on the left in the drawing becomes P '1 <P1. Therefore, a force corresponding to the nozzle pressure difference P′2−P′1 is applied to the spool 43 in the left direction in the drawing, and the spool 43 moves to the left in the drawing, at a position where the restoring force of each of the centering springs 44 and 45 is balanced. At rest, the pressure supply port 16 communicates with the B port via the servo valve 40. Therefore, the fluid having the pressure Ps flowing into the servo valve 40 from the pressure supply port 16 flows to the B port. The A port communicates with the tank port T.
[0014]
Here, since a fluid force corresponding to the nozzle pressure difference P'1-P'2 or P'2-P'1 is applied to the flapper 30 rightward or leftward in the figure, these fluid forces are applied by the torque motor. A greater driving force must be applied to the flapper 30 in the opposite direction.
[0015]
However, since the fluid force depends on the flapper-nozzle distance X as shown in FIG. 11, the driving force of the flapper 30 increases as the flapper 30 approaches one nozzle side. Also, the higher the fluid supply pressure Ps, the greater the fluid force and the greater the driving force of the flapper 30. For this reason, the electric power for driving the torque motor increases as the flapper 30 approaches one nozzle side and the supply pressure Ps increases, making it difficult to reduce the size and power consumption of the torque motor.
[0016]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and achieves downsizing of a flapper driving source such as a torque motor and energy saving by setting the driving force of the flapper to a constant value regardless of the flapper position. It is to be solved.
[0017]
Means and effects for solving the problem
The first invention is
A flow path (11) arranged such that the fluid ejection port (12) faces a facing surface (30a) of the flapper (30);
A pressure receiving member (13) connected to the flapper (30) and arranged in the flow path (11);
Means for driving the flapper (30) to change the distance between the flapper (30) and the fluid outlet (12) of the flow path (11);
A pressure outlet (14) is provided on the downstream side of the pressure receiving member (13) in the flow path (11).
[0018]
In FIG. 1, assuming that the maximum sectional area of the pressure receiving member 13 is A, the force F ′ acting on the flapper 30 is
F ′ = Ps · A = constant (7)
And a constant force. That is, regardless of the position of the flapper 30, the force F 'acting on the flapper 30 can be kept constant. Therefore, if a constant force F 'can be generated by a driving source such as a torque motor, the pressure control can be performed by moving the flapper 30.
[0019]
As described above, according to the present invention, the force for driving the flapper 30 can be kept constant irrespective of the flapper position, so that the flapper driving source such as the torque motor can be reduced in size and energy saving can be achieved.
[0020]
The second invention is
A pair of flow paths (11, 21) arranged such that the fluid ejection ports (12, 22) face each other (30a, 30b) of the flapper (30),
A pair of pressure receiving members (13, 23) connected to the flapper (30) and arranged in the pair of flow paths (11, 21), respectively;
Means for driving the flapper (30) so as to change the distance between the flapper (30) and each of the fluid ejection ports (12, 22) of the pair of flow paths (11, 21);
A pressure outlet (14, 24) is provided downstream of the pressure receiving member (13, 23) in the pair of flow paths (11, 21).
[0021]
In FIG. 4, assuming that the maximum sectional area of the pressure receiving members 13 and 23 is A, the force F ′ acting on the flapper 30 is
F ′ = 2 (k−A) Cp · xf (15)
When k = A (Equation (6)) in the above equation (15), the fluid force received by the flapper 30 can be made zero.
[0022]
That is, regardless of the position of the flapper 30, the force F 'acting on the flapper 30 can be made substantially zero. Therefore, if a driving force such as a torque motor can generate a force enough to move the flapper 30, the pressure control can be performed by moving the flapper 30.
[0023]
As described above, according to the present invention, the pressure can be controlled only by generating a force enough to move the flapper 30 irrespective of the flapper position, so that the drive source such as the torque motor can be downsized and energy saving can be achieved. it can.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, oil is assumed as the fluid, but it is also possible to use a fluid such as ethylene glycol, water, or air.
[0025]
FIG. 1 shows a nozzle flapper mechanism of the embodiment. The same components as those of the nozzle flapper mechanism shown in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals.
[0026]
As shown in FIG. 1, a pressure supply port 16 is opened upstream of the pressure fluid flow path 11. A nozzle 15 is formed at the downstream end of the pressure fluid flow path 11. A jet port 12 is open at the tip of the nozzle 15. A cylindrical member 18 is provided between the pressure supply port 16 and the nozzle 15 such that the cross section thereof and the cross section of the pressure fluid flow path 11 are concentric. A pressure outlet 14 is formed between the portion where the tubular member 18 is provided and the nozzle 15.
[0027]
The flapper 30 (opposite member 30) is disposed close to the jet port 12 of the pressure fluid flow path 11 such that the opposing surface 30a opposes.
[0028]
One end of a connection rod 31 is connected to the facing surface 30 a of the flapper 30. The other end of the connecting rod 31 is connected to the pressure receiving member 13. The pressure receiving member 13 is a spherical member, and is disposed inside the cylindrical member 18. Let A be the maximum sectional area of the pressure receiving member 13. However, the diameter of the sphere serving as the pressure receiving member 13 is smaller than the inner diameter of the cylindrical member 18. The upstream throttle 17 is formed by the gap between the cylindrical member 18 and the pressure receiving member 13. Here, the area of the gap between the cylindrical member 18 and the pressure receiving member 13 is set to be the same as the area of the inner diameter of the cylindrical member 18 shown in FIG. 9, and the opening area of the upstream throttle 17 shown in FIG. And the opening area of the upstream stop 17 shown in FIG.
[0029]
A variable throttle 19 is formed by the gap between the jet port 12 at the tip of the nozzle and the flapper 30.
[0030]
The fluid at the supply pressure Ps is supplied from the pressure supply port 16 into the pressure fluid flow path 11, passes through the upstream throttle 17 and the nozzle 15, and is ejected from the nozzle tip outlet 12, and the nozzle tip outlet 12 and the flapper 30. Through the variable aperture 19 formed by a gap with the opposing surface 30a. The fluid that has passed through the variable throttle 19 gives the flapper 30 a fluid force corresponding to the nozzle pressure P.
[0031]
The flapper-nozzle distance X, which is the distance between the nozzle tip outlet 12 and the flapper 30, varies according to the position of the flapper 30. The flapper 30 is driven by a drive source (not shown) such as a torque motor, and the position of the flapper 30 changes.
[0032]
The pressure P of the fluid between the upstream throttle 17 and the variable throttle 19, that is, the nozzle pressure P changes according to the position of the flapper 30, and the nozzle pressure P is taken out from the pressure outlet 14. The pressure outlet 14 is connected to a control object (not shown), for example, a servo valve, and the servo valve and the like are controlled according to the pressure P taken out from the pressure outlet 14. As described above, the position of the flapper 30 is changed in accordance with the signal instructed to the drive source (torque motor), thereby changing the nozzle pressure P and controlling the control amount (for example, the valve position of the servo valve) of the control object. Can be changed.
[0033]
As shown in FIG. 2, when the flapper 30 is driven by xf to the left in the figure from the state shown by the broken line by the torque motor, the pressure of the variable throttle 19, that is, the nozzle pressure of the nozzle 15, changes from P to P ', and P '> P. At this time, if the fluid force (jet force) given by the fluid passing through the variable throttle 19 to the facing surface 30a of the flapper 30 is f ', the force F' acting on the flapper 30 rightward in the figure is:
F ′ = f′−P ′ · A + Ps · A (4)
Is represented by However, the cross-sectional area of the connecting rod 31 is smaller than the maximum cross-sectional area A of the sphere serving as the pressure receiving member 13 and can be ignored. In general, the fluid force (injection force) f 'is approximately proportional to the nozzle pressure P'. Therefore, if the proportionality constant is k, the above equation (4) becomes

It is expressed as
[0034]
Assuming that the displacement of the flapper 30 from the neutral position is positive in the left direction in the figure and is xf, the nozzle pressure P 'is approximated by a linear expression of xf and becomes as follows.
[0035]
P '= P + Cp.xf (5)'
Here, Cp is the pressure increase (Cp> 0), and the above equation (5) is expressed as follows using the equation (5) ′.
[0036]

Here, in the device of this embodiment,
A = k (6)
Is established, the maximum sectional area A of the pressure receiving member 13 is set.
[0037]
Therefore, the above equation (5) ″ is obtained by using the above equation (6).
F ′ = Ps · A = constant (7)
And the force F ′ acting on the flapper 30 can be made constant regardless of the flapper-nozzle distance X, that is, regardless of the position of the flapper 30. Therefore, when the flapper 30 is driven by generating a force obtained by adding a force enough to move the flapper 30 to a constant force F ′ by the torque motor, the flapper 30 can be further moved leftward in the drawing.
[0038]
By setting k> A and k <A, the inclination of the fluid force F ′ acting on the flapper 30 with respect to the flapper-nozzle distance X can be arbitrarily set as shown in FIG.
[0039]
Assuming that the force generated by the torque motor to maintain the flapper position is FTM, the elastic restoring force of the flapper 30 to return to the neutral position is Ff, and this elastic coefficient is kf,

It becomes. Since the second term in the above equation is a constant term, the increment fTM of the generated force of the torque motor is

It becomes. Where K is
K = kf + (k−A) Cp (18)
And the apparent spring constant of the system.
[0040]
If A> k, the apparent spring constant K becomes smaller, so that the displacement xf of the flapper 30 can be increased even if the driving force generated by the torque motor is the same.
[0041]
As described above, according to the present embodiment, the driving force of the flapper 30 can be set to a constant value regardless of the flapper position, so that the flapper driving source such as the torque motor can be reduced in size and energy saving can be achieved.
[0042]
Next, as shown in FIG. 3, an embodiment in which the pair of nozzles 15 and 25 are arranged to face each other such that the ejection ports 12 and 22 of the pair of nozzles 15 and 25 face the respective opposing surfaces 30 a and 30 b of the flapper 30, respectively. The form will be described.
[0043]
In the embodiment of FIG. 3, similarly to the embodiment of FIG. 1, one end of a connection rod 31 is connected to the facing surface 30 a of the flapper 30, and the other end of the connection rod 31 is connected to the spherical pressure receiving member 13. I have. The pressure receiving member 13 is disposed inside the cylindrical member 18, and forms an upstream throttle 17 by a gap between the cylindrical member 18 and the pressure receiving member 13. Similarly, one end of a connection rod 32 is connected to the opposite surface 30b of the flapper 30 opposite to the opposite surface 30a, and the other end of the connection rod 32 is connected to the spherical pressure receiving member 23. The pressure receiving member 23 is disposed inside the cylindrical member 28, and forms an upstream throttle 27 by a gap between the cylindrical member 28 and the pressure receiving member 23.
[0044]
From the state where the flapper 30 is located at the center between the opposed nozzles 15 and 25 as shown by the broken line in FIG. , Ie, the nozzle pressure of the nozzle 15 changes from P1 to P′1, and P′1> P1, and the pressure of the variable throttle 29 on the right side in the drawing, that is, the nozzle pressure of the nozzle 25 changes from P2 to P′2, P′2 <P2. At this time, the fluid force (jet force) applied to the facing surface 30a of the flapper 30 by the fluid passing through the variable throttle 19 on the left side in the figure is f′1, and the fluid passing through the variable throttle 29 on the right side in the figure is opposed to the flapper 30. Assuming that the fluid force (spray force) given to the surface 30b is f'2, the force F'1 that the flapper 30 receives rightward in the figure by the fluid passing through the flow path 11 and the variable throttle 19 on the left side in the figure, and the force F'1 on the right side in the figure The force F′2 that the flapper 30 receives leftward in the figure by the fluid passing through the flow path 21 and the variable throttle 29 is respectively calculated in the same manner as in the above equation (4).
F′1 = f′1−P′1 · A + Ps · A (8)
F'2 = f'2-P'2 · A + Ps · A (9)
It is expressed as However, the cross-sectional areas of the connecting rods 31 and 32 are smaller than the maximum cross-sectional area A of the pressure receiving members 13 and 23 and can be ignored. Generally, the fluid forces (injection forces) f'1 and f'2 are approximately proportional to the nozzle pressures P'1 and P'2, respectively. Therefore, assuming that the proportionality constant is k, the above equations (8) and (9) are as follows. Similarly to the above equation (5),
F′1 = (k−A) P′1 + Ps · A (10)
F′2 = (k−A) P′2 + Ps · A (11)
It is expressed as
[0045]
Therefore, the force F ′ received by the flapper 30 is
F ′ = F′1−F′2 = (k−A) (P′1−P′2) (12)
It becomes.
[0046]
Here, when the flapper displacement from the neutral position is xf, and the nozzle pressures P′1 and P′2 are approximated by a linear expression of xf,
P′1 = P + Cp · xf (13)
P'2 = P-Cp.xf (14)
It becomes. Therefore,
F ′ = 2 (k−A) Cp · xf (15)
It becomes.
[0047]
If k = A (Equation (6)) in the above equation (15), the fluid force F ′ received by the flapper 30 can be made zero.
[0048]
Therefore, regardless of the flapper-nozzle distance X, that is, the force F 'acting on the flapper 30 irrespective of the position of the flapper 30, it can be made substantially zero. Therefore, if the flapper 30 is driven by generating a force enough to move the flapper 30 by the torque motor, the flapper 30 can be further moved leftward in the drawing.
[0049]
As described above, according to the present embodiment, the driving force of the flapper 30 can be reduced to almost zero irrespective of the flapper position, so that the flapper driving source such as the torque motor can be reduced in size and energy saving can be achieved.
[0050]
By setting k> A and k <A, the inclination of the fluid force F ′ acting on the flapper 30 with respect to the flapper-nozzle distance x can be arbitrarily set as shown in FIG.
[0051]
Assuming that the force generated by the torque motor to maintain the flapper position is FTM, the elastic restoring force of the flapper 30 to return to the neutral position is Ff, and this elastic coefficient is kf,

It becomes.
[0052]
Where K is the apparent spring constant of the system,
K = kf + 2 · (k−A) Cp (20)
It is expressed as
[0053]
If A> k, the apparent spring constant K becomes smaller, so that the displacement xf of the flapper 30 can be increased even if the driving force generated by the torque motor is the same.
[0054]
The nozzle flapper mechanism shown in FIG. 3 may be incorporated in the servo valve in the same manner as in FIG. 13 described above and used for controlling the servo valve. FIG. 14 shows an embodiment in which the nozzle flapper mechanism is incorporated in the servo valve and the servo valve is controlled in accordance with the flapper driving position. Also in this embodiment, since the servo valve 40 can be controlled by setting the fluid force received by the flapper 30 to almost zero regardless of the flapper position, a drive source such as a torque motor used for controlling the servo valve 40 can be reduced in size and energy can be saved. Can be achieved.
[0055]
Various modifications can be made to the above-described embodiment.
[0056]
In the above-described embodiment, the pressure receiving members 13 and 23 have a spherical shape, but the pressure receiving members 13 and 23 can be formed in any shape.
[0057]
FIG. 5A illustrates a case where the pressure receiving members 13 and 23 are formed in a cylindrical shape.
FIG. 5B illustrates a case where the pressure receiving members 13 and 23 are formed in a shape combining a cylindrical shape and a tapered shape.
[0058]
FIG. 5C illustrates a case where the pressure receiving members 13 and 23 are formed in a disk shape.
[0059]
In the embodiment described above, the upstream throttle 17 is formed by the gap between the cylindrical member 18 and the pressure receiving member 13 as shown in FIG. 1, but the upstream throttle 17 can be formed without providing the cylindrical member 18. It is.
[0060]
FIG. 6 illustrates a case where the inner surface of the flow path has a straight structure without providing the cylindrical member 18 in the pressure fluid flow path 11, and the upstream throttle 17 is formed by a gap between the pressure fluid flow path 11 and the pressure receiving member 13. ing.
[0061]
Further, in the above-described embodiment, the nozzle 15 is formed by tapering the tip of the pressure fluid flow path 11 as shown in FIG. 1, but the nozzle 15 is formed at the tip of the pressure fluid flow path 11 as shown in FIG. It is also possible to implement a straight structure without forming it.
[0062]
In the above-described embodiment, as shown in FIG. 1, the inner diameter of the cylindrical member 18 is constant in the longitudinal direction of the cylindrical member, and the opening area of the upstream throttle 17 is constant regardless of the position of the pressure receiving member 13. However, it is also possible to change the opening area of the upstream throttle 17 and change the nozzle pressure P according to the position of the pressure receiving member 13, that is, the driving position of the flapper 30.
[0063]
FIG. 8 shows that the inner diameter of the portion corresponding to the upstream throttle 17 in the pressure fluid flow path 11 is formed in a tapered shape in which the inner diameter becomes smaller as approaching the flapper 30 side. The case where the upstream throttle 17 of the variable throttle is formed by a gap with the pressure receiving member 13 is illustrated. According to the structure shown in FIG. 8, the opening area of the upstream throttle 17 changes according to the position of the pressure receiving member 13, that is, the driving position of the flapper 30, and the nozzle pressure P changes.
[0064]
In the above embodiment, the flapper is driven by using the torque motor. However, the means for driving the flapper is arbitrary, and for example, a bimorph type piezoelectric actuator or a laminated type piezoelectric actuator may be used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a nozzle flapper mechanism according to an embodiment.
FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the device of FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram illustrating, as an embodiment, a nozzle flapper mechanism in which nozzles are arranged to face each other.
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the device of FIG. 3;
FIGS. 5A, 5B, and 5C are diagrams illustrating a configuration example of a pressure receiving member.
FIG. 6 is a view showing an embodiment in which a tubular member is not provided.
FIG. 7 is a diagram showing an embodiment without a nozzle.
FIG. 8 is a diagram showing an embodiment in which a portion corresponding to an upstream throttle in a flow path is formed in a tapered shape.
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a nozzle flapper mechanism.
FIG. 10 is a diagram illustrating a relationship between a flapper-nozzle distance and a nozzle pressure.
FIG. 11 is a diagram illustrating a relationship between a flapper-nozzle distance and a force applied to an opposing surface of the flapper.
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of a nozzle flapper mechanism in which nozzles are arranged to face each other.
FIG. 13 is a diagram showing a configuration example in which a nozzle flapper mechanism is incorporated in a servo valve.
FIG. 14 is a diagram showing, as an embodiment, a configuration example in which a nozzle flapper mechanism is incorporated in a servo valve.
FIG. 15 is a diagram illustrating the embodiment of FIG. 1, in which the relationship between the distance between the flapper and the nozzle and the force applied to the opposing surface of the flapper changes according to the size of the area of the pressure receiving member. FIG.
FIG. 15 is a view for explaining the embodiment of FIG. 3, in which the relationship between the distance between the flapper and nozzle and the force applied to the opposing surface of the flapper changes according to the size of the area of the pressure receiving member. FIG.
[Explanation of symbols]
11, 21 Pressure fluid flow path 12, 22 Spout port 13, 23 Pressure receiving member 14, 24 Pressure outlet 30 Flapper 40 Servo valve

Claims (2)

フラッパ（３０）の対向面（３０ａ）に流体噴出口（１２）が対向するよう配置された流路（１１）と、
前記フラッパ（３０）に接続し前記流路（１１）内に配置された受圧部材（１３）と、
前記フラッパ（３０）と前記流路（１１）の流体噴出口（１２）との距離を変化させるよう、前記フラッパ（３０）を駆動する手段と
を具え、
前記流路（１１）のうち受圧部材（１３）の下流側に圧力取出し口（１４）を設けたこと
を特徴とするフラッパ駆動による圧力制御装置。A flow path (11) arranged such that the fluid ejection port (12) faces a facing surface (30a) of the flapper (30);
A pressure receiving member (13) connected to the flapper (30) and arranged in the flow path (11);
Means for driving the flapper (30) to change the distance between the flapper (30) and the fluid outlet (12) of the flow path (11);
A pressure control device by flapper drive, wherein a pressure outlet (14) is provided in the flow path (11) downstream of the pressure receiving member (13). フラッパ（３０）の各対向面（３０ａ、３０ｂ）に各流体噴出口（１２、２２）が対向するよう配置された一対の流路（１１、２１）と、
前記フラッパ（３０）に接続し前記一対の流路（１１、２１）内にそれぞれ配置された一対の受圧部材（１３、２３）と、
前記フラッパ（３０）と前記一対の流路（１１、２１）の各流体噴出口（１２、２２）との距離を変化させるよう、前記フラッパ（３０）を駆動する手段と
を具え、
前記一対の流路（１１、２１）のうち受圧部材（１３、２３）の下流側に圧力取出し口（１４、２４）を設けたこと
を特徴とするフラッパ駆動による圧力制御装置。A pair of flow paths (11, 21) arranged such that the fluid ejection ports (12, 22) face each other (30a, 30b) of the flapper (30),
A pair of pressure receiving members (13, 23) connected to the flapper (30) and arranged in the pair of flow paths (11, 21), respectively;
Means for driving the flapper (30) so as to change the distance between the flapper (30) and each of the fluid ejection ports (12, 22) of the pair of flow paths (11, 21);
A pressure control device driven by a flapper, wherein a pressure outlet (14, 24) is provided downstream of the pressure receiving member (13, 23) in the pair of flow paths (11, 21).

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