特許 5981567 電気液圧式サーボ弁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5981567

(24)【登録日】2016年8月5日

(45)【発行日】2016年8月31日

(54)【発明の名称】電気液圧式サーボ弁

(51)【国際特許分類】

   F15B 13/044 20060101AFI20160818BHJP

   F16K 31/44 20060101ALI20160818BHJP

   F16K 31/04 20060101ALI20160818BHJP

【ＦＩ】

   F15B13/044 C

   F16K31/44 C

   F16K31/04 Z

【請求項の数】34

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2014-556526(P2014-556526)

(86)(22)【出願日】2012年2月9日

(65)【公表番号】特表2015-511302(P2015-511302A)

(43)【公表日】2015年4月16日

(86)【国際出願番号】US2012024547

(87)【国際公開番号】WO2013119240

(87)【国際公開日】20130815

【審査請求日】2014年10月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】501188177

【氏名又は名称】ムーグ インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000855

【氏名又は名称】特許業務法人浅村特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】コップ、ジョン

【審査官】 加藤 一彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−０９７２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０２−０２９３６８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 仏国特許出願公開第０２２８１５３３（ＦＲ，Ａ１）

【文献】 仏国特許出願公開第０１４０９２６９（ＦＲ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１５Ｂ １３／０４４

Ｆ１６Ｋ ３１／０４

Ｆ１６Ｋ ３１／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気液圧式弁であって、
モータ軸線周りに配向された出力シャフトを備える回転式電気モータと、
弁シリンダに対して第１の位置から第２の位置に移動するよう構成され配置された弁駆動スプールを有する液圧式弁と、
前記出力シャフトと前記駆動スプールとの間の機械的リンケージであって、
前記出力シャフトに機械的に結合されたスリーブと、
前記モータ軸線に対して概ね垂直の方向に前記スリーブに対して摺動係合するように構成され配置されたポール・シャフトと、
ピボット継手によって前記ポール・シャフトに連結されたリンクと、
前記リンクに結合され、駆動軸線の周りを回転するように構成され配置された駆動シャフトであって、
前記スプールと係合し、前記スプールに力をかけるように構成され配置された端部分を有する、駆動シャフトと、
前記ポール・シャフトと前記スリーブとの間に付勢力をもたらすように構成され配置されたばねとを有し、
前記駆動軸線と前記かけられた力との間の距離を掛けた、前記モータ軸線と前記ピボット継手との間の距離が、前記駆動軸線と前記ピボット継手との間の距離より小さくなるように構成され配置される、機械的リンケージとを備え、
前記電気モータの回転が、前記駆動スプールを前記第１の位置から第２の位置に移動させる、電気液圧式弁。

【請求項2】

前記電気モータが、トルク・モータ、トロイダル・モータ、及びソリッド・ステート・アクチュエータからなる群から選択される、請求項１に記載の電気液圧式弁。

【請求項3】

前記第１の位置が閉位置であり、前記第２の位置が開位置である、請求項１に記載の電気液圧式弁。

【請求項4】

前記端部分がクイルである、請求項１に記載の電気液圧式弁。

【請求項5】

前記駆動シャフトが、軸受内で支持される、請求項１に記載の電気液圧式弁。

【請求項6】

前記ばねが、前記モータ軸線と前記ピボット継手との間の前記距離を減じるように前記ポール・シャフトを前記スリーブに対して強制移動させるように構成され配置される、請求項１に記載の電気液圧式弁。

【請求項7】

前記ばねが、前記駆動スプールが前記第１の位置にあるときに圧縮された状態になり、前記駆動スプールが前記第２の位置にあるときに圧縮された状態になるように構成され配置される、請求項６に記載の電気液圧式弁。

【請求項8】

前記ばねが、機械的リンケージ内のバックラッシュを低減するように構成され配置される、請求項１に記載の電気液圧式弁。

【請求項9】

前記電気液圧式弁が、前記駆動シャフトを前記リンクに結合する調整可能な止めねじを備える、請求項１に記載の電気液圧式弁。

【請求項10】

電気液圧式弁であって、
モータ軸線周りに配向された出力シャフトを備えるアクチュエータと、
基準部に対して第１の位置から第２の位置に移動するように構成され配置された弁駆動スプールを備える液圧式弁と、
前記出力シャフトと前記駆動スプールとの間の機械的リンケージであって、
前記モータ出力シャフトに機械的に結合された第１のリンクと、
駆動軸線周りで前記基準部に対して回転可能であり、第１の機械的インターフェースにおいて前記第１のリンクに連結され、第２の機械的インターフェースにおいて前記スプールに機械的に結合された第２のリンクとを有し、
前記駆動軸線と前記第２の機械的インターフェースとの間の距離を掛けた、前記モータ軸線と前記第１の機械的インターフェースとの間の距離が、前記第１のインターフェースと前記駆動軸線との間の距離より小さくなるように構成され配置される、機械的リンケージとを備え、
前記アクチュエータの作動が、前記駆動スプールを前記第１の位置から前記第２の位置に移動させる、電気液圧式弁。

【請求項11】

前記アクチュエータが、トルク・モータ、トロイダル・モータ、ソリッド・ステート・アクチュエータ、及びＭＥＭＳマイクロ弁で制御される液圧式モータからなる群から選択される、請求項１０に記載の電気液圧式弁。

【請求項12】

前記第１の位置が閉位置であり、前記第２の位置が開位置である、請求項１０に記載の電気液圧式弁。

【請求項13】

前記第１のリンクが、摺動係合によって前記出力シャフトに機械的に結合される、請求項１０に記載の電気液圧式弁。

【請求項14】

前記摺動係合が、前記モータ軸線に対して概ね垂直な方向にある、請求項１３に記載の電気液圧式弁。

【請求項15】

前記第１のリンクが、スリーブによって前記出力シャフトに機械的に結合される、請求項１０に記載の電気液圧式弁。

【請求項16】

前記第１の機械的インターフェースが、ピボット継手を備える、請求項１０に記載の電気液圧式弁。

【請求項17】

前記第１の機械的インターフェースが、ギア付きインターフェースを備える、請求項１０に記載の電気液圧式弁。

【請求項18】

前記第２の機械的インターフェースが、前記第２のリンクに取り付けられ、前記駆動スプールと係合し、前記駆動スプールに力をかけるように構成され配置されたクイルを備える、請求項１０に記載の電気液圧式弁。

【請求項19】

前記第２のリンクが、軸受によって前記基準部に結合される、請求項１０に記載の電気液圧式弁。

【請求項20】

前記基準部が、サーボ弁ハウジングを備える、請求項１０に記載の電気液圧式弁。

【請求項21】

前記スプールを前記第１の位置に向かって強制移動させるように構成され配置された付勢機構をさらに備える、請求項１０に記載の電気液圧式弁。

【請求項22】

前記付勢機構が、ばねを備える、請求項２１に記載の電気液圧式弁。

【請求項23】

前記ばねが、前記モータ軸線と前記第１の機械的インターフェースとの間の前記距離を減じるように前記第１のリンクを強制移動させるように構成され配置される、請求項２２に記載の電気液圧式弁。

【請求項24】

前記ばねが、前記駆動スプールが前記第１の位置及び前記第２の位置にあるときに圧縮された状態になるように構成され配置される、請求項２３に記載の電気液圧式弁。

【請求項25】

前記付勢機構が、前記機械的リンケージ内のバックラッシュを低減するように構成され配置される、請求項２１に記載の電気液圧式弁。

【請求項26】

前記機械的リンケージが、前記第２のリンクと前記第２の機械的インターフェースとの間に構成され配置された駆動シャフトを備える、請求項１０に記載の電気液圧式弁。

【請求項27】

前記電気液圧式弁が、前記駆動シャフトを前記第２のリンクに結合する調整可能な止めねじを備える、請求項２６に記載の電気液圧式弁。

【請求項28】

モータ軸線周りに配向された出力シャフトを備えるアクチュエータと、
基準部に対して第１の位置から第２の位置に移動するように構成され配置された弁駆動スプールを備える液圧式弁と、
前記出力シャフトと前記駆動スプールとの間の機械的リンケージと
を備える電気液圧式弁であって、
前記機械的リンケージは、
シャフト・スリーブによって前記モータ出力シャフトに機械的に結合されたシャフトを備える第１のリンクと、
前記シャフトと前記シャフト・スリーブとの間に作用する付勢機構と、
支点周りにレバーを形成するように構成され配置された第２のリンクであって、前記支点の一方側の第１のレバー・アームと、前記支点の反対側の第２のレバー・アームとを有する第２のリンクと
を備え、
前記第１のレバー・アームが、前記第１のリンクとの第１の機械的連結部を有し、前記第２のレバー・アームが、スプール接触インターフェースを有し、
前記第２のリンクが、前記支点周りにメカニカル・アドバンテージを提供するように構成され配置され、
前記アクチュエータの作動が、前記駆動スプールを前記第１の位置から前記第２の位置に移動させる、電気液圧式弁。

【請求項29】

前記第１のリンクが、ヘッド端部及びピボット端部を備え、前記第１の機械的連結部は、前記第１のリンクの前記ピボット端部と前記第１のレバー・アームとの間に浮遊式ピボット継手を備える、請求項２８に記載の電気液圧式弁。

【請求項30】

前記付勢機構が、前記ポール・シャフト・ヘッド端部と前記シャフト・スリーブとの間に構成され配置されたばねをさらに備える、請求項２９に記載の電気液圧式弁。

【請求項31】

前記ばねが、前記駆動スプールが前記第１の位置及び前記第２の位置にあるときに圧縮される、請求項３０に記載の電気液圧式弁。

【請求項32】

前記第２のリンクが、軸受によって支持される、請求項２８に記載の電気液圧式弁。

【請求項33】

前記支点が、ピボット継手を備える、請求項２８に記載の電気液圧式弁。

【請求項34】

前記スプール接触インターフェースが、クイルを備える、請求項２８に記載の電気液圧式弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般に液圧式サーボ弁の分野に関し、より詳細には電気的に制御される液圧式サーボ弁に関する。

【背景技術】

【0002】

数多くのサーボ弁の構成が、従来技術において知られている。表題「Ｓｅｒｖｏｖａｌｖｅ Ｈａｖｉｎｇ ａ Ｔｒａｐｅｚｏｉｄａｌ Ｄｒｉｖｅ」の米国特許第６，１９９，５８８号は、電気モータを、付勢ばねに取り付けられた弁スプールにインターフェース連結するための台形形状の駆動要素を有するサーボ弁を開示している。

【0003】

表題「Ｍｏｔｏｒ／Ｓｐｏｏｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｆｏｒ Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｒｉｖｅ Ｓｅｒｖｏｖａｌｖｅ」の米国特許第６，０００，６７８号は、弁部材をシャフトの回転によって往復運動させる係合部材を備えたモータシャフトを有する直接駆動のサーボ弁を対象としている。

【0004】

表題「Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｒｉｖｅ Ｓｅｒｖｏｖａｌｖｅ ｗｉｔｈ Ｒｏｔａｒｙ Ｆｏｒｃｅ Ｍｏｔｏｒ」の米国特許第４，７４２，３２２号は、限定された角度の回転力モータを有する直接駆動のサーボ弁を教示している。モータは、弁スプールとインターフェース連結するためのボールを備えた偏心アームを備えた出力シャフトを有する。

【0005】

表題「Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｒｉｖｅ Ｖａｌｖｅ ａｎｄ Ｆｏｒｃｅ Ｍｏｔｏｒ Ａｓｓｅｍｂｌｙ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｃｈａｎｇｅａｂｌｅ Ｓｔａｔｏｒ Ａｓｓｅｍｂｌｙ ａｎｄ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｒ Ｍｅｔｈｏｄ」の米国特許第４，６４１，８１２号は、磁気ばねと、回転動作を線形動作に変換するための偏心器を備えた可撓性駆動シャフトとを有する直接駆動のサーボ弁を開示している。弁組立体は、液圧式弁の中立（ｎｕｌｌ）を磁気ばねの中立に対して調整するための較正ナットを含む。

【0006】

表題「Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｃｙｌｉｎｄｅｒ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｇａｉｎ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｓｉｎｇｌｅ Ｓｔａｇｅ Ｓｅｒｖｏｖａｌｖｅ」の米国特許第４，９５１，５４９号は、モータ回転を液圧式四方スプール弁の変位に変換するためのボールねじ機構に連結された電気ＤＣステッピング・モータを有するデジタル・サーボ弁を開示している。この組立体は、弁スプール結合ジャーナルに固定されたトーション・バーを含む。

【0007】

表題「Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｃｙｌｉｎｄｅｒ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｇａｉｎ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｓｉｎｇｌｅ Ｓｔａｇｅ Ｓｅｒｖｏｖａｌｖｅ」の米国特許第５，０３１，６５３号は、機械的フィードバックばねに取り付けられた単段の往復運動式弁スプールを開示している。弁スプールは、電気的に制御されるトルクモ・モータによって駆動される。

【0008】

表題「Ｍｏｔｏｒ−Ｔｏ−Ｓｐｏｏｌ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｆｏｒ Ｒｏｔａｒｙ−Ｔｏ−Ｌｉｎｅａｒ Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｒｉｖｅ Ｖａｌｖｅ」の米国特許第５，２６３，６８０号は、回転力を線形動作に変換するために電気モータと弁スプールとの間のカップリングを有する弁を開示している。モータは、平坦で弓状の表面を有する、整形された外方向に拡張可能なブッシングに密接に結合されたピンを備えたシャフトを含む。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】米国特許第６，１９９，５８８号

【特許文献2】米国特許第６，０００，６７８号

【特許文献3】米国特許第４，７４２，３２２号

【特許文献4】米国特許第４，６４１，８１２号

【特許文献5】米国特許第４，９５１，５４９号

【特許文献6】米国特許第５，０３１，６５３号

【特許文献7】米国特許第５，２６３，６８０号

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0010】

限定的ではなく単なる例示の目的として、開示した実施例の対応する部品、部分又は表面に対して括弧付きで参照すると、本発明は、電気液圧式弁（２１０）であって、モータ軸線（２３０）周りに配向された出力シャフト（２３１）を有する回転式電気モータ（２２１）と、弁シリンダ（２３８）に対して第１の位置から第２の位置に移動するように構成され配置された弁駆動スプール（２２４）を有する液圧式弁と、出力シャフト（２３１）と駆動スプール（２２４）との間の機械的リンケージ（２２２）であって、出力シャフト（２３１）に機械的に結合されたスリーブ（２３２）と、モータ軸線に対して概ね垂直の方向にスリーブに対して摺動係合するように構成され配置されたポール・シャフト（２３３）と、ピボット継手（２３４）によってポール・シャフトに連結されたリンク（２３５）と、リンクに結合され、駆動軸線（２４０）の周りを回転するように構成され配置された駆動シャフト（２５２）であって、スプールと係合し、これに力をかけるように構成され配置された端部分（２３７）を有する、駆動シャフト（２５２）と、ポール・シャフトとスリーブとの間に付勢力をもたらすように構成され配置されたばね（２２３）とを有し、駆動軸線とかけられた力との間の距離（Ｒ３）を掛けた、モータ軸線とピボット継手との間の距離（Ｒ１）が、駆動軸線とピボット継手との間の距離（Ｒ２）より小さくなるように構成され配置される、機械的リンケージ（２２２）とを備え、それにより、電気モータの回転が、駆動スプールを第１の位置から第２の位置に移動させる、電気液圧式弁（２１０）を提供する。

【0011】

電気モータは、トルク・モータ、トロイダル・モータ、又はソリッド・ステート・アクチュエータであり得る。第１の位置は閉位置であり、第２の位置は開位置であり得る。端部分はクイル（ｑｕｉｌｌ）であり得る。駆動シャフトは、軸受（２３６）内で保持され得る。ばねは、モータ軸線とピボット継手との間の距離を減じるようにポール・シャフトをスリーブに対して強制移動させるように構成され配置され得る。ばねは、駆動スプールが第１の位置にあるときに圧縮された状態になり、駆動スプールが第２の位置にあるときに圧縮状態になるように構成され配置され得る。ばねは、機械的リンケージ内のバックラッシュを低減するように構成され配置され得る。駆動シャフトは、圧縮係合によってリンクに結合させることができ、圧縮は、止めねじ（２５１）によって調整可能になり得る。

【0012】

別の態様では、電気液圧式弁であって、モータ軸線（２３０）周りに配向された出力シャフト（２３１）を有するアクチュエータ（２２１）と、基準部（２２０）に対して第１の位置から第２の位置に移動するように構成され配置された弁駆動スプール（２２４）を有する液圧式弁と、出力シャフトと駆動スプールとの間の機械的リンケージであって、モータ出力シャフトに機械的に結合された（２３２）第１のリンク（２３３）と、駆動軸線（２４０）周りで基準部に対して回転可能であり、第１の機械的インターフェース（２３４）において第１のリンクに連結され、第２の機械的インターフェース（２３７）においてスプールに機械的に結合された第２のリンク（２３５）とを有し、駆動軸線と第２の機械的インターフェースとの間の距離（Ｒ３）を掛けた、モータ軸線と第１の機械的インターフェースとの間の距離（Ｒ１）が、第１のインターフェースと駆動軸線との間の距離（Ｒ２）より小さくなるように構成され配置される、機械的リンケージとを備え、この場合、アクチュエータの作動が、駆動スプールを第１の位置から第２の位置に移動させる、電気液圧式弁が提供される。

【0013】

アクチュエータは、トルク・モータ、トロイダル・モータ、ソリッド・ステート・モータ、又はＭＥＭＳマイクロ弁で制御される液圧モータであり得る。第１の位置は閉位置であり、第２の位置は開位置であり得る。第１のリンクは、摺動係合によってモータ出力シャフトに機械的に結合され得る。摺動係合は、モータ軸線に対して概ね垂直な方向であり得る。第１のリンクは、スリーブを介して出力シャフトに機械的に結合され得る。第１の機械的インターフェースは、ピボット継手を備えることができる。第１の機械的インターフェースは、ギア付きインターフェースを備えることができる。第２の機械的インターフェースは、第２のリンクに取り付けられ、駆動スプールと係合し、これに力をかけるように構成され配置されたクイルを備えることができる。第２のリンクは、軸受（２３６）を介して基準部に結合され得る。基準部は、サーボ弁ハウジングを備えることができる。電気液圧式弁は、さらに、スプールを第１の位置に向かって強制移動させるように構成され配置された付勢機構（２２３）を備えることができる。付勢機構はばねであり得る。ばねは、モータ軸線と第１の機械的インターフェースとの間の距離を減じるように第１のリンクを強制移動させるように構成され配置され得る。ばねは、駆動スプールが第１の位置及び第２の位置にあるときに圧縮された状態になるように構成され配置され得る。付勢機構は、機械的リンケージ内のバックラッシュを低減するように構成され配置され得る。機械的リンケージは、第２のリンクと第２の機械的インターフェースとの間に構成され配置された駆動シャフト（２５２）を備えることができる。駆動シャフトは、第２のリンク及び止めねじ（２５１）によって圧縮式に係合され得る。

【0014】

別の態様では、電気液圧式弁であって、モータ軸線（２３０）周りに配向された出力シャフト（２３１）を有するアクチュエータ（２２１）と、基準部（２２０）に対して第１の位置から第２の位置に移動するように構成され配置された弁駆動スプール（２２４）を有する液圧式弁と、出力シャフトと駆動スプールとの間の機械的リンケージであって、モータ出力シャフトに機械的に結合された（２３２）第１のリンク（２３３）と、支点（２４０）周りにレバーを形成するように構成され配置された第２のリンク（２３５、２５２）であって、支点の一方側の第１のレバー・アームと、支点の反対側の第２のレバー・アームとを有し、第１のレバー・アームが、第１のリンクとの第１の機械的連結部（２３４）を有し、第２のレバー・アームが、スプール接触インターフェースを有し、第２のリンクは、支点周りにメカニカル・アドバンテージを提供するように構成され配置される、機械的リンケージとを備え、この場合、アクチュエータの作動が、駆動スプールを第１の位置から第２の位置に移動させる、電気液圧式弁が提供される。

【0015】

第１のリンクは、シャフト・スリーブを介して出力シャフトに機械的に結合されたポール・シャフトを備えることができる。第１のリンクは、ヘッド端部（２３９）及びピボット端部を備えることができ、第１の機械的連結部は、第１のリンクのピボット端部と第１のレバー・アームとの間に浮遊式ピボット継手を備えることができる。電気液圧式弁は、さらに、ポール・シャフト・ヘッド端部とシャフト・スリーブとの間に構成され配置されたばねを備えることができる。ばねは、駆動スプールが第１の位置及び第２の位置にあるときに圧縮され得る。第２のリンクは、軸受内に装着され得る。支点は、ピボット継手を備えることができる。スプール接触インターフェースは、クイルを備えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】サーボ弁システムの第１の全体的な実施例のオブジェクト図である。

【図2】図１に示すサーボ弁の第１の特有の実施例の斜視図である。

【図3】図２に示すサーボ弁の分解図である。

【図4】図２に示すサーボ弁の底部斜視図である。

【図5】図２に示すサーボ弁の上面図である。

【図6】図５の線６−６に沿って全体的に切り取られた、中立構成にある、図５に示すサーボ弁の縦方向断面図である。

【図7】図６の線７−７に沿って全体的に切り取られた、図６に示すサーボ弁の水平断面図である。

【図8】図７の線８−８に沿って全体的に切り取られた、中立構成にある、図７に示すサーボ弁の縦方向断面図である。

【図9】中立構成にある、図６に示すサーボ弁の上部の部分図である。

【図10】図７の線８−８に沿って全体的に切り取られた、作動形態にある、図７に示すサーボ弁の縦方向断面図である。

【図11】稼動構成にある、図１０に示すサーボ弁の上部の部分図である。

【図12】サーボ弁の第２の特有の実施例の上部の部分図である。

【図13】サーボ弁の第３の特有の実施例の上部の部分図である。

【図14】図９に示すシステムの自由物体図の機械的モデルを示す図である。

【図15】図１１に示すシステムの自由物体図の機械的モデルを示す図である。

【図16】電気アクチュエータ出力シャフトの回転の角度の関数として、第１の実施例における付勢機構によって発生したトルクを示すグラフである。

【図17】アクチュエータ出力シャフトの回転の角度の関数として、アクチュエータによって提供される必要があるトルクを示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

始めに、いくつかの図面にわたって一貫して、同様の参照番号は同じ構造要素、部分、又は表面を特定するよう意図され、そのような要素、部分、又は表面は、記述された明細書全体によってさらに記載し又は説明することができ、この詳述される説明は本明細書の不可欠な部分となることが、明確に理解されなければならない。別途示されない限り、図面は、本明細書と一緒に読まれること（たとえば網状陰影、部品の配置、割合、程度など）が意図されており、本発明の記述された説明全体の一部分になる考えられるものである。以下の説明に使用するとき、「水平」、「縦方向」、「左」、「右」、「上」、及び「下」という用語、並びにそれらの形容詞形及び副詞形の派生語（たとえば「水平に」、「右方向に」、「上方向に」など）は、特定の図面が読み手に面するときの図示された構造の配向を指すものにすぎない。同様に、「内方向に」及び「外方向に」という用語も通常、適宜、長手軸線又は回転軸線に対する表面の配向を指すものである。

【0018】

次に図、より具体的には図１を参照すれば、本発明は、改良された電気液圧式弁システムを提供し、その第１の実施例が、２１０において全体的に示されている。図１に示すように、弁システム２１０は、通常、より大きいサーボシステム１００において使用され、サーボシステム１００は、コントローラ２１２、液圧式ポンプ２１３、液圧アクチュエータ２１４、被駆動物体２１５、及び位置センサ２１６を全体的に含む。サーボシステム１００は、弁システム２１０に命令して、アクチュエータ２１４に連結された液圧制御ポート２２８及び２２９を制御させることによって、被駆動物体２１５の位置を制御するように構成される。

【0019】

図示するように、弁システム２１０は、通常、電気アクチュエータ２２１、機械的リンケージ２２２、液圧弁２２４、及び付勢機構２２３を含む。電気液圧式弁２１０は、液圧供給ライン２２６及び液圧戻りライン２２５を介して液圧式ポンプ２１３に連結される。また、電気液圧式弁２１０は、制御ポート２２８及び制御ポート２２９を介して液圧式アクチュエータ２１４と連結する。

【0020】

コントローラ２１２は、サーボ命令２１７を電気液圧式弁２１０に与える。命令２１７は、所望の設定点に相関付けられる。設定点は、通常、被駆動物体２１５の所望の位置、又は被駆動物体２１５の移動の所望の速度である。液圧式弁２１０は、コントローラ２１２から受け取られた命令２１７に基づいて、液圧式ポンプ２１３から液圧式アクチュエータ２１４への液圧パワーを制御する。

【0021】

液圧式アクチュエータ２１４は、制御ポート２２８と制御ポート２２９との間に液圧力の相違が存在するときに物体２１５を機械的に駆動させるように配置される。物体２１５の位置は、位置センサ２１６によって検出され、センサ２１６の出力は、フィードバック２１８としてコントローラ２１２に提供される。フィードバック・ループがコントローラ２１２を介して実装され、それにより、コントローラ２１２は、受け取られたフィードバック２１８の大きさに応じて命令２１７を調整する。

【0022】

正常作動においては、コントローラ２１２は、アナログ電流の形態の命令２１７を回転式トルク・モータ２２１に能動的に提供する。トルク・モータ２２１は、電流２１７に概ね比例するトルクをその出力シャフト２３１上に発生させる。出力シャフト２３１上のトルクは、機械的リンケージ２２２によって、液圧式弁２２４上に作用する線形力に変換される。

【0023】

液圧式弁２２４は、液圧式ポンプ２１３から液圧供給ライン２２６を受け入れ、液圧戻りライン２２５を液圧式ポンプ２１３に戻す。液圧式弁２２４は、制御ポート２２８及び制御ポート２２９に連結され、それにより、弁２２４の位置が変化するとき、制御ポート２２８と制御ポート２２９との間に差圧が生成される。この差圧は、液圧アクチュエータ２１４に物体２１５を駆動させる。

【0024】

付勢機構２２３は、弁２２４がほぼ等しい圧力を制御ポート２２８及び制御ポート２２９内に引き起こす位置、すなわち中立位置又は中立構成とも呼ばれる位置に向かって機械的リンケージ２２２を強制移動させる。

【0025】

図２は、第１の実施例の弁システム２１０の等角上面図である。図４は、液圧供給ポート２２５、戻りポート２２６、制御ポート２２８、及び制御ポート２２９を示す、システム２１０の等角底面図である。

【0026】

図３は、弁システム２１０の分解等角図である。図３に示すように、弁システム２１０は、その主要要素を、ハウジングの上側部分２２０及び本体２２７から形成される封止された空洞内に収容し、上側部分２２０及び本体２２７は、一緒にボルト留めされる。封止された空洞内に配置されるのは、電気アクチュエータ２２１、モータ出力シャフト２３１及び出力シャフト・スリーブ２３２、ポール・シャフト２３３及びばね２２３、駆動リンク２３５及びピン２３４、クイル駆動シャフト２５２及びクイル２３７、並びに弁スプール２２４である。

【0027】

電気アクチュエータ２２１は、軸線２３０周りで回転するように駆動された出力シャフト２３１を有する回転式トルク・モータである。しかし、回転式トルク・モータが示され説明されているが、トロイダル・モータ、ステッパ・モータ、誘導モータ、ハイブリッド・モータ、又は他の類似のアクチュエータなどの他のタイプのモータが、使用されてよいということが考えられる。

【0028】

モータ出力シャフト２３１は、出力シャフト・スリーブ２３２と同じ金属鋳造型から一緒に形成され、それにより、これらは単一の一体部材として一緒に移動する。或いは、出力シャフト２３１及び出力シャフト・スリーブ２３２は、別個の部片から形成し、互いに溶接することもできる。

【0029】

図３及び図６に示すように、スリーブ２３２は、軸線２４４の周りに発生する略円筒状の管状部材であり、この軸線は、出力シャフト軸線２３０に対して概ね垂直に配向される。シャフト・スリーブ２３２は、ポール・シャフト２３３が中に配置される中空の円筒状の開口部２３２ａを画定する。中空シリンダ２３２ａの内径は、ポール・シャフト２３３を受け入れるようにサイズ設定され、それにより、スリーブ２３２及びポール・シャフト２３３は、最小限の公差で軸線２４４に沿って互いに摺動係合状態にある。

【0030】

ポール・シャフト２３３は、一方の端部にヘッド２３９を含む。付勢ばね２２３が、スリーブ２３２とポール・シャフト・ヘッド２３９との間に作用するように配置され、この２つを摺動軸線２４４に沿って強制的に離している。ピン継手開口部２３３ａは、ポール・シャフト２３３のヘッド２３９とは他方の端部に位置する。ピボット継手ピン２３４は、駆動リンク２３５内の開口部２３５ａ内及びポール・シャフト２３３内の対応する継手開口部２３３ａ内に摺動式に嵌合して、ピボット継手を作り出す。ピン継手開口部２３３ａ、ピボット継手ピン２３４、及びリンク開口部２３５ａは、浮遊式ピボット継手を形成するように構成される。この実施例では、ピン継手２３４はリストピンである。しかし、他の代替のピボット継手が使用されてよい。

【0031】

駆動リンク２３５は、第２の開口部２３５ｂを含み、この開口部内にはクイル駆動シャフト２５２が、図６に示すように止めねじ２５１によって圧縮式に保持される。正常作動中、駆動リンク２３５及びクイル駆動シャフト２５２は、結合され、単一のユニットとして移動する。しかし、駆動リンク２３５をクイル駆動シャフト２５２に対して保持する止めねじ２５１は、較正中に所望に応じて緩められて駆動リンク２３５とクイル駆動シャフト２５２との間の相対的な回転及び縦方向位置を調整することができる。また、クイル駆動シャフト２５２は、ハウジング本体２２７との回転係合のための上側及び下側のジャーナル表面も有し、それにより、クイルシャフト２５２は、縦方向軸線２４０の周りを本体２２７に対して回転する。

【0032】

クイル２３７は、クイル駆動シャフト２５２の底端部上に位置する。クイル２３７は、弁スプール２２４と接触するための略球形状の外面を有する。弁スプール２２４は、従来の液圧式スプール弁である。クイル２３７は、クイルシャフト２５２の中央シャフト２４０に沿って配置されない。このオフセットの結果、クイル２５２が本体２２７に対して回転するとき、これは、軸線２４０の周りを円孤状に移動する。この実施例では、スプール２２４との接触要素はクイルであるが、それだけに限定されないが、駆動ノブ、ダイアモンド表面又は他の類似の力伝達要素を含む代替の接触要素が使用されてよい。

【0033】

弁スプール２２４は、弁本体２２７のシリンダ２３８内に摺動可能に係合するように構成され配置される。クイルシャフト２５２が回転するとき、クイル２３７は、弁スプール２２４をシリンダ２３８内で移動させる。弁スプール２２４は、いくつかの円筒状のランドａ〜ｆを有し、これらのランドは、各ランド上の流体の液圧漏出を最小限に抑えるためにシリンダ２３８との緊密な径方向の公差を有するように構成される。

【0034】

トルク・モータ２２１が出力シャフト２３１を回転させると、出力シャフト・スリーブ２３２は、ポール・シャフト２３３も同様に回転させる。ポール・シャフト２３３が回転すると、これはピン継手２３４を押し、このピン継手は駆動リンク２３５を押す。それによって、駆動リンク２３５が回転させられる。クイルシャフト２５２は、駆動リンク２３５に剛結合され、したがって、駆動リンク２３５と一緒に回転する。クイルシャフト２５２が回転すると、これは、クイル２３７を移動させて弁スプール２２４に対して力をかけさせ、それによって弁スプール２２４をシリンダ２３８内で摺動させる。

【0035】

図５は、バルブがオフである第１の中立構成にある第１の実施例の弁システム２１０の上面図である。図６は、図５の線６−６に沿って切り取られた縦方向断面図であり、図７は、図６の線７−７に沿って切り取られた水平断面図である。図６に示すように、電気モータ２２１は、ハウジング２２０及び弁本体２２７によって形成されたチャンバ内に配置される。電気モータは、回転軸線２３０を備えた回転式モータである。ステータ２５３及びロータ領域２５７は、いずれも回転軸線２３０の周りで概ね対称的である。ステータ２５３はハウジング２２０に結合され、コイルを含む。ロータ２５７は、回転軸線２３０の周りでステータ２５３に対して回転式に移動するように装着される。ロータ２５７は、その外側円周に沿った永久磁石領域２５４と、永久磁石領域２５４の径方向内側の鉄芯領域２５５と、中心に配置されたモータ出力シャフト２３１とを含む。モータ出力シャフト２３１は、環状軸受２５６ａ及び２５６ｂを介して弁本体２２７に回転式に結合される。モータ出力シャフト・スリーブ２３２は、出力シャフト２３１と同じ金属鋳造物から形成される。

【0036】

図６に示すように、ポール・シャフト２３３は、出力シャフト・スリーブ２３２内に同心円状に配置される。ポール・シャフト２３３は、軸線２４４に沿って出力シャフト・スリーブ２３２と左右に摺動係合するように構成され配置される。付勢ばね２２３は、ポール・シャフト２３３の外側円筒状表面に沿って同心円状に配置された、圧縮されたらせんコイルばねであり、ポール・シャフト・ヘッド２３９の左方向に向く縦方向環状表面と、出力シャフト・スリーブ２３２の右方向に向く縦方向環状表面との間に作用する。

【0037】

ポール・シャフト２３３及び駆動リンク２３５は、ピボット継手ピン２３４によって機械的に結合される。ピボット継手２３４は、その回転軸線が弁本体２２７に対して固定されないため、浮遊式ピボット継手と呼ばれる。ピボット継手ピン２３４は、モータ出力軸線２３０から距離Ｒ１だけ変位された中心線２６０を有する。駆動リンク２３５は、クイル駆動シャフト２５２を圧縮式に保持する止めねじ２５１を含む。クイル駆動シャフト２５２は、環状の上側及び下側の軸受２３６ａ及び２３６ｂによって支持され、これらの軸受は、クイル駆動シャフト２５２がクイル駆動シャフト軸線２４０の周りを弁本体２２７に対して回転することを可能にする。クイル駆動シャフト軸線２４０は、ピボット継手ピンの中心線２６０から水平距離Ｒ２だけ変位される。

【0038】

クイル２３７の中心線２５０は、クイル駆動シャフトの回転軸線２４０から距離Ｒ３だけ変位される。クイル２３７は、弁スプール２２４と接触する。弁スプール２３４は、軸線２４４に対して垂直の方向に弁本体２２７の弁シリンダ２３８内に摺動係合するように配置され配向される。

【0039】

図７は、モータ出力シャフト２３１の中心とピボット継手ピン２３４との間の距離Ｒ１を示す。また、ピボット継手ピン２３４と中央駆動シャフト２５２の中心との間の距離Ｒ２も示されている。ポール・シャフト２３３は、スリーブ２３２に対して軸線２４４に沿って左方向及び右方向に移動する。断面線８−８は、クイルの中心線２５０を通り抜ける。

【0040】

図８は、図７の線８−８に沿って切り取られた弁システム２１０の縦方向断面である。図８の縦方向断面は、クイル２３７の中心を通って切り取られていることに留意されたい。図８に示す形態は、弁が閉鎖されている中立構成である。弁スプール２２４は、ランド２４１ａ、２４１ｂ、２４１ｃ、２４１ｄ、２４１ｅ、及び２４１ｆを含む。クイル２３７は、ランド２４１ｃの上側右面とランド２４１ｄの上側左面との間に水平に配置される。クイル２３７とランド２４１ｃ及び２４１ｄとの間には、最小限の公差が維持され、又は全く維持されない。以下でさらに詳細に説明するように、クイル２３７は、クイルシャフトの回転によって移動させられるとき、ランド２４１ｃ又はランド２４１ｄを押し付けて、弁スプール２２４をシリンダ２３８内で左又は右に移動させる。弁スプールのランド２４１ｃ、２４１ｄとクイル２３７との間の摺動摩擦によって引き起こされる摩耗を最小限に抑えるために、クイル２３７は、ダイアモンドなどの硬質物質から作製され得る。

【0041】

図８の中立構成に示すように、液圧制御ポート２２８とシリンダ２３８との間の液圧流は、ランド２４１ｂによって遮られる。同様に、制御ポート２９９とシリンダ２３８との間の液圧流は、ランド２４１ｅによって遮られる。

【0042】

液圧供給ライン２２５は、図８に示す左側液圧供給チャンバ２２５ａ及び右側液圧供給チャンバ２２６ｂと連通する。液圧供給チャンバ２２５ａ及び２２５ｂは、高圧状態にある。図８に示す中立構成では、チャンバ２２６ａ内の高圧液圧流体は、スプール・ランド２４１ａによって左方向に流れることが防止され、弁ランド２４１ｂによって右方向に流れることが防止される。同様に、チャンバ２２６ｂ内の高圧液圧流体は、弁スプール２４１ｅによって左方向に及びスプール・ランド２４１ｆによって右方向に流れることが防止される。

【0043】

液圧戻りライン２２６は、左側液圧戻りチャンバ２２６ａ及び右側液圧戻りチャンバ２２６ｂと連通する。液圧戻りチャンバ２２６ａ及び２２６ｂは、低液圧力状態にある。図８に示す中立構成では、液圧流体は、スプール・ランド２４１ｂによって左からチャンバ２２５ａ内に流れることが防止され、ランド２４１ｅによって右からチャンバ２２５ｂ内に流れることが防止される。

【0044】

弁スプール２２４が、左又は右に移動されるとき、スプール・ランド２４１ｂ及び２４１ｅは、制御ポート２２８及び２２９それぞれに沿ってもはや位置合わせされず、それにより、弁スプール２２４が移動される方向に応じて、高圧及び低圧のチャンバから制御ポート２２８及び２２９に、又は制御ポート２２８及び２２９から高圧及び低圧のチャンバに流体が流れることが可能になる。

【0045】

図９は、中立構成にある弁システムの部分的な上面図である。スプール弁２２４は、軸線２８２に沿って上下に摺動する。弁スプール２２４の下側端部は、中立構成にあるときに位置２８０において位置合わせされる。また、図９に示すように、ポール・シャフト２３３、スリーブ２３２及び駆動リンク２３５は、中立位置にあるときに水平に（軸線２８２に対して垂直に）配向される。圧縮されたばね２２３はＬの長さを有し、ポール・シャフト・ヘッド２３９とスリーブ２３２との間に拘束される。クイル２３７は、図９のクイル駆動シャフト２３７によって図から隠されているが、クイル２３７を表す「影」が、図９及び図１１内の２３７ｓにおいて示されている。

【0046】

出力シャフト２３１の中心とピボット継手ピン２３４の中心との間の距離は、Ｒ１である。ピボット継手ピン２３４の中心とクイル駆動シャフト２５２の回転軸線との間の距離は、Ｒ２である。クイル２３７（図９には示さず）は、軸線２８２に沿って中心に置かれる。クイル駆動シャフト２５２の回転軸線とクイル２３７の中心との間の距離は、Ｒ３である。

【0047】

図１０及び図１１は、システム要素が、対応する図８及び図９に示す中立構成から作動している稼動構成にある弁システム２１０を示している。

【0048】

図１０及び図１１に示すように、クイル駆動シャフトは、角度θ２だけ時計周り方向に回転されている。図１０に示すように、クイル２３７及び弁スプール２２４の両方は、左方向に移動されている。図１１に示すように、クイル２３７及び弁スプール２２４の両方は、上方向に移動されている。

【0049】

図１０に戻って参照すれば、クイル２３７の中心線は、クイルシャフトの回転軸線２４０と水平に位置合わせされた状態から水平変位の大きさｘだけ位置２５０に移動されている。同様に、図１１を参照すると、スプール２２４の右側端部は、位置２８０から位置２８１へと上方向に、これもまた縦方向変位の大きさｘだけ移動している。

【0050】

図１０に示す稼動構成では、スプール・ランド２４１ｂ及び２４１ｅは、もはや制御ポート２２８及び２２９をそれぞれ覆っていない。左側液圧供給チャンバ２２５ａと制御ポート２２８との間には空隙が形成され、この空隙は、液圧流体が供給チャンバ２２５ａから制御ポート２２８に流れることを可能にする。同様に、右側液圧戻りチャンバ２２６ｂと制御ポート２２９との間に空隙が形成されており、この空隙は、液圧流体が制御ポート２２９から液圧戻りチャンバ２２６ｂに流れることを可能にする。

【0051】

図１１に示すように、出力シャフト２３１は、角度θ１だけ反時計周り方向に回転されている。スリーブ２３２及びポール・シャフト２３３もまた、角度θ１だけ反時計周り方向に回転されている。ポール・シャフト２３３は、量ｄＬだけスリーブ２３２に対して（図１１に示すように左方向及び右方向に）摺動している。これに対応して、ピボット継手ピン２３４の中心と出力シャフト２３１の中心との間の距離は、Ｒ１からＲ１’まで、低減量ｄＬだけ減じている。

【0052】

図１１に示すように、駆動シャフト２３５及び結合されたクイル駆動シャフト２５２は、クイルシャフトの回転軸線２４０の周りで角度θ２だけ時計周り方向に回転している（クイルシャフトの回転軸線２４０に関しては図１０を参照）。クイル２３７の影は、２３７ｓから２３７ｓ’まで移動している。スプール２２４の底端部は、位置２８０から位置２８１まで、これもまた縦方向変位の大きさＸだけ移動している。

【0053】

出力シャフト２３１と弁スプール２２４との間の機械的リンケージは、単一の自由度のリンケージである。三角方程式を使用して、出力シャフトの回転θ１とスプール弁の線形変位Ｘとの間の関数関係を見出すことができる。同様に、付勢ばね２２３の長さにおける変更ｄＬもまた、θ１の関数として表すことができる。

【0054】

図１１を観察することから、圧縮されたばね２２３の長さは、弁システム２１０が図８及び図９に示す中立構成にあるときに最大であることが明確になるはずである。中立構成から作動形態においてばね２２３をより短い長さＬ’に圧縮するためにはエネルギーを費やさなければならないため、システム内にばね２２３以外のいかなる駆動トルク又は外部力も存在しない場合、弁システム２１０は、ばね２２３によって中立構成に必然的に駆動されることになる。

【0055】

以下の章では、弁システム２１０の作動が説明され、このとき弁システムは、図８及び図９に示す中立構成から図１０及び図１１に示す作動形態に作動している。

【0056】

弁システム２１０が中立構成にある機械的モデルを示す図１４を参照すれば、電気モータ２２１が出力シャフト２３１に反時計周り方向のトルクＴ１をかけるとき、機械的リンケージ２２２は、トルクＴ１をスプール２２４にかけられる上方向力Ｆ３に転換する。等価のシステムが図１４に示される。出力シャフト２３１の中心の左にあるポール・シャフト２３３の部分が、「リンク１」によって表される。駆動リンク２３５及びクイル駆動シャフト２５２は、これらが一緒に結合され「リンク２」として表されるため、事実上単一の剛性部材を形成する。支点が、クイル駆動シャフト２５２の中心と一致するように配置される。リンク１及びリンク２は、ピン２３４に対応する接点を介して相互作用する。

【0057】

電気モータ２２１は、トルクＴ１をリンク１上にかける。リンク１は、下方向の力をリンク２上にかけ、このリンク２は、上方向力Ｆ１に反作用せざるを得ない。リンク１上に作用するモーメントを取り消すことにより、：
Ｔ１−Ｆ１×Ｒ１＝０
Ｆ１＝Ｔ１／Ｒ１
がもたらされる。
リンク２は、レバーとして作用して、上方向力Ｆ２をスプール２２４上にかける。リンク２上のモーメントを取り消すことにより、：
Ｆ２×Ｒ３−Ｆ１×Ｒ２＝０
Ｆ２＝Ｆ１×Ｒ２／Ｒ３
がもたらされる。
上記の２つの方程式を組み合わせることにより、：
Ｆ２＝（Ｔ１／Ｒ１）×Ｒ２／Ｒ３
Ｆ２＝Ｔ１×Ｒ２／Ｒ１／Ｒ３
がもたらされる。
したがって、機械的リンケージ２２２のメカニカル・アドバンテージは、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３によって影響を受ける。このメカニカル・アドバンテージは、Ｒ２を増大させることによって、又はＲ１若しくはＲ３を低減させることによって増大させることができる。Ｒ２＞（Ｒ１×Ｒ３）である場合はいつでも、機械的リンケージ２２２のメカニカル・アドバンテージは、１より大きくなる。

【0058】

まとめると、出力シャフト軸線２３０に支点を備えたレバーとして作用するポール・シャフト２３３は、そのトルクをピン継手２３４上に作用する力を介して伝達する。ピン継手２３４は、この下方向力を駆動リンク２３５に伝達する。駆動リンク２３５もまた、クイル駆動シャフト軸線２４０周りの中心に支点備えたレバーとして作用する。ピン継手２３４と軸線２４０との間の長さＲ２は、駆動リンク２３５の第１のレバー・アームとして作用し、軸線２４０と接触要素２３７との間の長さＲ３は、駆動リンク２３５の第２のレバー・アームとして作用する。駆動リンク２３５にかけられた力は、接触要素２３７によってかけられる上方向力として弁スプール２２４に伝達される。

【0059】

中立構成では、ピン２３４は、ポール・シャフト２３３上に作用するばね２３３によって右方向に引っ張られている。ピン２３４上のこの力は完全に水平であり、中立構成におけるトルク算出には影響を与えないため、上記算出に関しては無視される。しかし、圧縮された付勢ばね２２３により、水平力が機械的リンケージ２２２のすべての継手にわたって維持され、この水平力はバックラッシュを低減するように作用することに留意されなければならない。たとえば、スリーブ２３２及び出力シャフト２３１は、ばね２２３によって左方向に押される。反作用力が、弁本体２２７内の軸受によってシャフト２３１上にかけられる。ピボット継手２３４は、ポール・シャフト２３３によって右方向に、及び駆動リンク２３５内の反作用力によって左方向に引っ張られる。クイルシャフト２５２を保持する軸受もまた、駆動リンク２３５によってクイルシャフト２５２を引っ張る右方向力に反作用する。これらの継手は予め張力がかけられる、又は予め圧縮されているため、出力シャフト２３１が電気モータ２２１によって作動しているとき、大きなバックラッシュを示さない。

【0060】

上記の方程式は、弁システム２１０が中立構成にあるときのみのシステムを完全に説明している。出力シャフト２３１が回転すると、方程式は調整されなければならない。加えて、出力シャフト２３１が回転すると、トルク上のばね２３３の効果を考慮に入れ始めなければならない。

【0061】

図１１に示すように、トルク・モータ２２１は、出力シャフト２３１を角度θ１だけ反時計周り方向に駆動させている。出力シャフト・スリーブ２３２は、出力シャフト２３１と一緒に回転される。スリーブ２３２は、ポール・シャフト２３３に回転トルクをかける。ポール・シャフト２３３が反時計周り方向に回転されると、ピボット継手ピン２３４は押し下げられる。しかし、ピン２３４とクイル駆動シャフト２５２の中心との間の距離は、固定値Ｒ２に拘束されているため、ピン２３４は、ポール・シャフト２３３がこれを押し下げるときに左方向に移動しなければならない。換言すれば、ピン２３４が下方向に移動すると、駆動リンク２３５はピン２３４を左方向に引っ張る。

【0062】

ピン２３４を左方向に移動させるためには、このピンは、ポール・シャフト２３３も同様に左方向に引っ張らなければならず、それによってポール・シャフト２３３をスリーブ２３３内で下方向及び左方向に摺動させる。ポール・シャフト２３３がスリーブ２３２内で摺動すると、ばね２２３は、長さＬ’になるようにさらにもっと圧縮される。ばね２２３の圧縮力は、上方向及び右方向にピン２３４を引っ張る。

【0063】

図１５は、図１１のシステムの機械的モデルを示している。リンク１は、角度θ１だけ反時計周りに回転されている。リンク１の長さは、ポール・シャフト２３３がスリーブ２３２内で摺動した長さｄＬだけ増大している。リンク２は、ピボット継手２３４がリンク１の回転によって下方向に引っ張られたときにθ２だけ時計周り方向に回転されている。

【0064】

リンク２は、Ｆｓとして示される、ポール・シャフト２３３上に作用するばね力に反作用しなければならない。力Ｆｓによってリンク２上に生み出されたモーメントを取り消すために、垂直の反応力Ｆｒもまた、リンク１上にリンク２によってかけられなければならない。この反応力Ｆｒは、リンク１上に復元トルクを生み出す。これは、事実上、付勢ばね２２３からの力が、いかにして、出力シャフト２３１を中立構成まで駆動する復元トルクを出力シャフト２３１上に引き起こすかを示している。図１６は、弁システム２１０内で使用される所与のばね定数に対して、出力シャフト角度の関数として出力シャフト２３１にかけられる、実例となるばねトルクを示している。

【0065】

スプール２２４にかけられた力Ｆ２を算出するとき、所与の回転角度θ１に対して電気モータ２３１によってかけられたトルクからばねトルクが減算されなければならない。

【0066】

また、図１５に示すように、メカニカル・アドバンテージの算出の方程式が調整されなければならないことが分かり得る。ばね力を考慮に入れることなく（Ｆｓ＝０）リンケージのメカニカル・アドバンテージを分析することが、最も容易である。

【0067】

電気モータ２３１が、平衡状態において、トルクＴ１をリンク１にかける場合、このトルクは、リンク２によってかけられた力Ｆｒによって反作用されなければならない。Ｆｒがリンク２と作り出す角度は、θ３である。Ｆｒはリンク１に対して垂直であるため、：
θ３＝１８０−θ１−θ２−９０
θ３＝９０−θ１−θ２
が与えられる。
リンク１に対するモーメント平衡の方程式は、：
Ｔ１−Ｆｒ×（Ｒ１＋ｄＬ）＝０
Ｆｒ＝Ｔ１／（Ｒ１＋ｄＬ）
をもたらす。
したがってリンク２に対するモーメント均衡の方程式は、：
Ｆｒ×ｓｉｎ（θ３）−Ｆ２×ｓｉｎ（θ２）＝０
Ｆｒ×ｓｉｎ（９０−θ１−θ２）−Ｆ２×ｓｉｎ（θ２）＝０
Ｆｒ×ｓｉｎ（９０−θ１−θ２）＝Ｆ２×ｓｉｎ（θ２）
Ｆ２＝Ｆｒ×ｓｉｎ（９０−θ１−θ２）／ｓｉｎ（θ２）
をもたらす。
Ｆｒを代入することにより、：
Ｆ２＝Ｔ１／（Ｒ１＋ｄＬ）／ｓｉｎ（９０−θ１−θ２）／ｓｉｎ（θ２）
がもたらされる。
また、正弦の法則により、：
ｓｉｎ（θ２）／（Ｒ１＋ｄＬ）＝ｓｉｎ（θ１）／Ｒ２＝ｓｉｎ（１８０−θ１−θ２）／（Ｒ１＋Ｒ２）
がもたらされる。

【0068】

この連立方程式を解き、その結果を所与のばね定数に対してプロットすると、図１６になり、この図は、ばね２２３によって生成されたトルクを、出力シャフト２３１の回転角度θ１の関数としてグラフで示している。グラフに示すように、トルクは、出力シャフト角度が０であるときのみ、又は換言すれば、弁が中立位置にあるときにゼロである。任意の他の弁位置では、ばね２２３は、出力シャフト２３１にトルクを与えて、弁を中立位置まで強制移動させる。

【0069】

摩擦係数及び液圧式弁におけるベルヌーイ力の効果を付加すると、図１７に示す実例となるグラフになる。

【0070】

開示した電気液圧式弁は、結果としていくつかの驚くべき利点をもたらした。開示した電気液圧式弁は、現在の液圧式弁より小さく、軽量であり、高速である。現在の液圧式弁は通常、大きな液圧力を小さい力で制御するために多段の液圧段を使用する。これらの追加の液圧段の各々が、弁全体にかなりの重量を付加する。さらに、追加の液圧段は、弁の全体的な液圧漏出を増大させる。開示した電気液圧式弁は、単一段の液圧弁部分のみを有する。追加の液圧段は必要でないため、開示した電気液圧式弁は、より小さく軽量である。加えて、開示した弁は１つだけの液圧段を有するため、現在利用可能な多段の液圧弁より漏出は小さい。

【0071】

また、従来の電気液圧式弁は、弁スプールを移動させるのに必要な力を生成するために非常に大きな電気アクチュエータを使用しなければならず、又は代替的には、かなりのバックラッシュを伴う機械的構造体を使用しなければならないが、開示した電気液圧式弁は、比較的小さい電気アクチュエータしか必要ではなく、その理由は、その機械的リンケージが、弁スプールを駆動する上で多大なメカニカル・アドバンテージを提供するためである。

【0072】

加えて、開示した電気液圧式弁は、最小限のバックラッシュしか生み出さない独自の機械的リンケージを備える。この機械的リンケージはギアを含まず、また、ばねからの一定の構造的付勢下にあるため、機械的リンケージは、ほとんどバックラッシュを被らない。

【0073】

さらに、開示した電気液圧式弁は、その付勢機構の設計により、固有のフィードバック機構及び耐バックラッシュ機構という利点を有する。

【0074】

開示した電気液圧式弁のさまざまな代替の実施例が可能である。たとえば、図１２は、電気アクチュエータが、液圧増幅段を制御する電子的に制御されたＭＥＭＳ（マイクロ電気機械システム）弁３９１である、電気液圧式弁の第２の実施例３１０を示している。ＭＥＭＳ弁３９１は、液圧供給ライン３９５及び液圧戻りライン３９６を受け入れる。液圧流は、第１のマイクロ液圧式アクチュエータ３９２及び第２の液圧式マイクロアクチュエータ３９３に対して制御される。マイクロアクチュエータ３９２及び３９３は、出力シャフト３３１上に装着された駆動アーム３９４に連結された出力を有する。

【0075】

図１３内において３１０で示すさらに別の代替策では、電気アクチュエータは、ソリッド・ステート・アクチュエータ４２１である。アクチュエータ４２１がスリーブ４３２を時計周り方向及び反時計周り方向の両方に移動させることができるようにするために、予荷重ばね４９８がソリッド・ステート・アクチュエータ４２１の反対側に装着される。

【0076】

したがって、電気液圧式弁の現在好ましい形態が図示され説明され、いくつかの改変形態が論じられてきたが、さまざまな追加の変更が、本発明の範囲から逸脱することなく加えられてよいことを当業者は容易に理解するであろう。

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図1】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】