JP2002267040A - 流体圧力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】リニア電磁アクチュエータの駆動作用下に、弁
切換部の応答性を向上させて出力ポートから導出される
圧力流体の圧力を高精度に制御することにある。 【解決手段】リニア電磁アクチュエータからなる駆動部
１６の駆動作用下に、シャフト３２と一体的にスプール
弁１８を変位させることにより第１乃至第３孔部６０ａ
〜６０ｃ間の連通状態を切り換える弁切換部２０と、前
記第１乃至第３孔部６０ａ〜６０ｃにそれぞれ連通する
通路２２ａ〜２２ｃが形成されたポートブロック２４と
を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リニア電磁アクチ
ュエータの駆動作用下にスプール弁を変位させて流体通
路を流通する流体の圧力を制御することが可能な流体圧
力制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、電磁的に目的物を移動させる
往復運動装置として、励磁コイルに通電し、その磁気力
によって可動鉄心に直線的な運動を付与する電磁弁が知
られている。この電磁弁は、簡単な構造によって構成さ
れているが、鉄心を励磁コイルの内部に含んでいるため
に、電気的な応答性を向上させるのが困難であり、ま
た、励磁コイルに対する非通電状態では推力を発生させ
ることができないため、その用途が限定されるという問
題がある。

【０００３】そこで、本出願人は、従来の電磁ソレノイ
ドのように起電時に大電圧を印加しなくても、応答性が
よく短時間で定常時の推力を発生することが可能な磁石
可動型電磁アクチュエータを提案している（特願２００
０−２１７３０４参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記提案に
関連してなされたものであり、リニア電磁アクチュエー
タの駆動作用下に、弁切換部の応答性を向上させて出力
ポートから導出される圧力流体の圧力を高精度に制御す
ることが可能な流体圧力制御装置を提供することを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、環状の励磁コイルと、前記励磁コイル
の周囲を包囲し該励磁コイルの中心孔または外側の両端
側に極歯が対向配置されたヨークと、前記励磁コイルの
中心孔内または外側に軸線方向に沿って可動自在に配置
されラジアル方向に着磁された円筒状の永久磁石と、前
記永久磁石と一体的に変位するシャフトとを有する駆動
部と、前記駆動部の駆動作用下に、シャフトと一体的に
スプール弁を変位させることによりスリーブに形成され
た複数の孔部間の連通状態を切り換える弁切換部と、前
記弁切換部に連結され、前記複数の孔部にそれぞれ連通
する通路が形成されたブロック体と、を備えることを特
徴とする。

【０００６】この場合、前記スプール弁の変位量を検出
する変位センサと、出力ポートに連通する通路から導出
される圧力流体の圧力を検出する圧力センサとを選択的
に設け、あるいはその両方をそれぞれ設けるとよい。

【０００７】また、前記シャフトに貫通する中空部を形
成し、該シャフトとスプール弁とを前記中空部に配設さ
れたワイヤ部材によって略同軸状に連結するとよい。

【０００８】本発明によれば、駆動部としてリニア電磁
アクチュエータを配設することにより、従来から公知の
電磁弁と比較して、駆動部の変位量（ストローク量）を
大きく設定することができるとともに、駆動部の変位量
に対応して推力が減少することがなく、任意の位置で一
定の推力を保持することができる。

【０００９】この結果、弁切換部のスプール弁の開口量
を大きく且つ高精度に設定することができるとともに、
スプール弁の応答性を向上させて制御性を高めることが
できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明に係る流体圧力制御装置に
ついて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しな
がら以下詳細に説明する。

【００１１】図１において、参照数字１０は、本発明の
実施の形態に係る流体圧力制御装置を示す。

【００１２】この流体圧力制御装置１０は、基台部１２
と、前記基台部１２に装着される断面矩形状のケーシン
グ１４を含む。前記ケーシング１４の内部空間には、リ
ニア電磁アクチュエータからなる駆動部１６と、前記駆
動部１６と同軸状に一体的に連結され、内部に配設され
たスプール弁１８の変位作用下に相互に連通するポート
を切り換える弁切換部２０と、前記弁切換部２０の各ポ
ート（後述する）に連通する複数の通路２２ａ〜２２ｃ
が形成されたポートブロック（ブロック体）２４と、前
記ポートブロック２４から図示しない外部の流体機器に
導出される流体圧力を検出して、その検出信号が導入さ
れることによりフィードバック制御を行う制御部２８と
が設けられる。

【００１３】前記駆動部１６は、軸線方向に沿って所定
間隔離間し、略円筒状の第１および第２軸受部材３０
ａ、３０ｂを介して中空状のシャフト３２をその軸線方
向に沿って変位自在に軸支する第１ハウジング３４ａお
よび第２ハウジング３４ｂと、前記第１ハウジング３４
ａと第２ハウジング３４ｂの間に配設され図示しないボ
ビンに巻回された環状のコイル（励磁コイル）３６と、
前記コイル３６の周囲を囲繞し該コイル３６の中心孔の
軸線方向に沿った両端側に所定間隔離間する一組の極歯
３８ａ、３８ｂが対向配置されたヨーク４０と、前記コ
イル３６の中心孔内に該中心孔の軸線方向に沿って可動
自在に配置され、ラジアル方向に沿って着磁された円筒
状の永久磁石４２とを含む（図６参照）。

【００１４】前記ヨーク４０は、第１および第２ハウジ
ング３４ａ、３４ｂの外周面と面一に装着されて外周ケ
ーシングを兼用するアウタヨーク４４と、前記アウタヨ
ーク４４の軸線方向に沿った一端部側に連結される断面
Ｌ字状の第１極歯３８ａと、前記アウタヨーク４４の軸
線方向に沿った他端部側に連結され、前記第１極歯３８
ａから所定間隔離間する断面Ｌ字状の第２極歯３８ｂと
を有する。

【００１５】なお、ボビンに巻回されたコイル３６およ
びヨーク４０は、コイルアッシーとして一体的に組み付
けられており、複数のねじ部材を介して第１および第２
ハウジング３４ａ、３４ｂにそれぞれ固定される。

【００１６】また、前記第１および第２極歯３８ａ、３
８ｂは、コイル３６の中心孔の両端側に配設されている
が、前記コイル３６の外側の両端側に対向配置してもよ
い。この場合、永久磁石４２をコイル３６の外側に該コ
イル３６の軸線方向に沿って可動に配置するとよい。

【００１７】前記シャフト３２の外周面には、永久磁石
４２を保持するホルダ４６が連結され、前記永久磁石４
２の内側の環状空間部にはバックヨーク４８が設けられ
る。

【００１８】また、前記シャフト３２には貫通する中空
部５０が形成され、前記中空部５０には一端部がシャフ
ト３２の端部に係止され他端部が後述するスプール弁１
８に連結されたワイヤ部材５２が配設される。なお、前
記ホルダ４６および永久磁石４２は、シャフト３２と一
体的に変位する可動子として機能するものである。

【００１９】前記永久磁石４２は、一組の極歯３８ａ、
３８ｂの間にまたがる長さに設定することが望ましく、
しかも、永久磁石４２の一端がコイル３６の中心孔内に
おいて一方の移動端まで達したときにも、永久磁石４２
の他端が反対側の極歯３８ａ（３８ｂ）に近接するか、
あるいはその一部が対向する長さを有するように設定す
るとよい。また、前記バックヨーク４８は、必ずしも設
ける必要がないものであるが、永久磁石４２がいずれの
移動位置にあってもその殆どをカバーできるような長さ
に設定することが望ましい。

【００２０】弁切換部２０は、図３に示されるように、
第１ハウジング３４ａの一端部に同軸状に連結された筒
状のバルブボデイ５４と、中央部に環状凹部５６が形成
され前記バルブボデイ５４の弁室５８に沿って変位自在
に配設されたスプール弁１８と、前記スプール弁１８を
囲繞するように形成され、後述するポートブロック２４
の各通路２２ａ〜２２ｃに連通する第１乃至第３孔部６
０ａ〜６０ｃが形成されたスリーブ６２とを有する。

【００２１】前記スリーブ６２とバルブボデイ５４との
間には、第１乃至第３孔部６０ａ〜６０ｃをそれぞれ囲
繞するシール部材６４が環状溝を介して装着されてい
る。また、バルブボデイ５４には、弁室５８に連通する
通路６６ａ、６６ｂを介して、弁室５８内のエアーを給
排する呼吸ポート６８が形成されている。

【００２２】前記スプール弁１８の一端部には係止部材
７０を介してワイヤ部材５２の端部が係着され、他端部
には変位センサ７２を構成するセンサスケール７４が連
結される。このように、スプール弁１８とシャフト３２
とをワイヤ部材５２によって連結することにより、スプ
ール弁１８の軸線とシャフト３２の軸線との誤差（同軸
偏差）をワイヤ部材５２によって吸収し、スプール弁１
８の軸線とシャフト３２の軸線との同軸性を略一致させ
ることができる。

【００２３】ポートブロック２４に対するバルブボデイ
５４の連結部位には、スリーブ６２の第１孔部６０ａに
連通する圧力流体供給ポート７６ａと、前記第１孔部６
０ａに隣接する第２孔部６０ｂに連通する出力ポート７
６ｂと、前記第２孔部６０ｂに隣接する第３孔部６０ｃ
に連通する圧力流体排出ポート７６ｃとがそれぞれ設け
られ、前記連結部位はバルブボデイ５４とポートブロッ
ク２４との間に介装されるガスケット７８によってシー
ルされる（図１参照）。

【００２４】ポートブロック２４には、前記圧力流体供
給ポート７６ａに連通する第１通路２２ａと、前記出力
ポート７６ｂに連通する第２通路２２ｂと、前記圧力流
体排出ポート７６ｃに連通する第３通路２２ｃとがそれ
ぞれ形成される。前記出力ポート７６ｂには、切換弁と
して機能する２ポート電磁弁８０が連結され、前記電磁
弁８０の切換作用下に出力ポート７６ｂから図示しない
外部の流体機器に所望の圧力に調圧された圧力流体が導
出される。

【００２５】バルブボデイ５４の一側部には、図２に示
されるように、ポートブロック２４の第２通路２２ｂを
介して出力ポート７６ｂから導出される圧力流体の圧力
値を検出する圧力センサ８２がねじ部材を介して連結さ
れ、前記圧力センサ８２からの検出信号は、基台部１２
に固定され、回路基板８４からなる制御部２８に導入さ
れる。

【００２６】また、バルブボデイ５４の端部には、図１
に示されるように、スプール弁１８と一体的に変位する
センサスケール７４の変位量をセンサヘッド８６によっ
て検出することにより、該スプール弁１８の変位量に対
応する検出信号を制御部２８に導出する変位センサ７２
が連結されている。

【００２７】本発明の実施の形態に係る流体圧力制御装
置は、基本的には以上のように構成されるものであり、
次にその動作並びに作用効果について説明する。

【００２８】なお、図３に示されるように、スプール弁
１８の環状凹部５６によって圧力流体排出ポート７６ｃ
と出力ポート７６ｂとが連通した状態を初期位置として
説明する。前記初期位置では、圧力流体供給ポート７６
ａと出力ポート７６ｂとが非連通状態にあり、外部の図
示しない流体機器に対して圧力流体が供給されていな
い。

【００２９】先ず、駆動部１６として機能するリニア電
磁アクチュエータの動作原理を図６に基づいて説明す
る。

【００３０】永久磁石４２を、例えば、その外側がＳ極
に、内側がＮ極となるようにラジアル方向に着磁してお
き、コイル３６に対して、図６に記号で示す方向の通電
を行うと、その電流の向きによりヨーク４０の一方の極
歯３８ａがＳ極に、他方の極歯３８ｂがＳ極となる。こ
の場合、ヨーク４０の極歯３８ｂに発生したＮ極とそれ
に対向する永久磁石４２の外側面のＳ極との間に引力が
発生し、一方、ヨーク４０の極歯３８ａに発生したＳ極
と永久磁石４２のＳ極との間に斥力が作用するため、こ
れらの力が永久磁石４２に作用する軸線方向の推力とな
って、永久磁石４２がコイル３６の中心孔内をその軸線
方向（図６の矢印Ｂ方向）に沿って移動する。

【００３１】また、コイル３６に逆方向の通電を行う
と、ヨーク４０の両極歯３８ａ、３８ｂに生じるＮ極お
よびＳ極が前記と逆になり、そのため、永久磁石４２に
作用する推力も逆方向（図６の矢印Ａ方向）となり、永
久磁石４２が前記とは逆方向に移動する。

【００３２】前記コイル３６への通電によって永久磁石
４２がコイル３６の中心孔内を一方端または他方端まで
移動した状態では、コイル３６への通電を解除しても、
永久磁石４２は、その磁気吸着力によって当該移動位置
に保持される。従って、永久磁石４２に駆動しようとす
る目的物（例えば、シャフト３２）を連結しておき、そ
の永久磁石４２をコイル３６への正逆いずれの方向の通
電によって駆動することにより、その目的物を永久磁石
４２の移動位置である２位置に駆動し、位置決めするこ
とができる。

【００３３】また、円筒状の永久磁石４２の内側に、該
永久磁石４２に沿う円筒状のバックヨーク４８を配設し
た場合、ヨーク４０における一方の極歯３８ａから永久
磁石４２を通じて該バックヨーク４８内に至り、再び永
久磁石４２を通じて他方の極歯３８ｂに至る磁路が形成
されるため、磁気抵抗を低減して永久磁石４２の推力お
よび磁気吸着力を一層高めることができる。このよう
に、バックヨーク４８をどのように配設するかによっ
て、推力および磁気吸着力を調整することができる。

【００３４】このように、初期位置において、駆動部１
６であるリニア電磁アクチュエータの駆動作用下に、可
動子として機能する永久磁石４２と一体的にシャフト３
２を矢印Ｂ方向に沿って変位させることにより、前記シ
ャフト３２の中空部５０に配置されたワイヤ部材５２を
介してその変位がスプール弁１８に伝達される。従っ
て、スプール弁１８が図３中の右方に向かって変位し、
該スプール弁１８の環状凹部５６を介して出力ポート７
６ｂと圧力流体供給ポート７６ａとが連通し、前記圧力
流体供給ポート７６ａから供給された圧力流体が出力ポ
ート７６ｂから導出される（図４参照）。

【００３５】この場合、駆動部１６の駆動作用下に、ス
プール弁１８がバルブボデイ５４に固着されたスリーブ
６２に沿って摺動変位する際、前記スリーブ６２とスプ
ール弁１８との位置関係によって該スリーブ６２に形成
された第１孔部６０ａおよび第３孔部６０ｃの開口量が
変化する。従って、圧力流体供給ポート７６ａに連通す
る前記第１孔部６０ａの開口幅と、圧力流体排出ポート
７６ｃに連通する前記第３孔部６０ｃの開口幅とをそれ
ぞれ所定幅に設定することにより、出力ポート７６ｂか
ら導出される圧力流体の圧力を所望の圧力に調圧するこ
とができる（図５参照）。

【００３６】この場合、出力ポート７６ｂから外部の流
体機器側に導出される圧力流体の圧力を圧力センサ８２
によって検出するとともに、スプール弁１８の変位量を
変位センサ７２によって検出する。前記圧力センサ８２
によって検出された圧力値に対応する検出信号および前
記変位センサ７２によって検出された変位量に対応する
検出信号は、それぞれ制御部２８に導入され、前記検出
信号と予め設定された設定値とがそれぞれ比較され、そ
の偏差がゼロとなるように制御部２８から指令信号を駆
動部１６に導出してフィードバック制御が行われる（図
７参照）。

【００３７】なお、変位センサ７２と圧力センサ８２と
のいずれをメインにするかは、ユーザによって任意に設
定される。例えば、変位センサ７２を所望の変位幅が設
定されたリミッタとして二次的に使用し、圧力センサ８
２を一次的に使用してもよい。

【００３８】本実施の形態では、駆動部１６としてリニ
ア電磁アクチュエータを使用することにより、従来から
公知の電磁弁と比較して、駆動部１６の変位量（ストロ
ーク量）を大きく設定することができるとともに、駆動
部１６の変位量に対応して推力が減少することがなく、
任意の位置で一定の推力を保持することができる。

【００３９】従って、本実施の形態では、弁切換部２０
のスプール弁１８の開口量を大きく且つ高精度に設定す
ることができるとともに、スプール弁１８の応答性を向
上させて制御性を高めることができる。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、以下の効果が得られ
る。

【００４１】すなわち、従来から公知の電磁弁と比較し
て、駆動部の変位量（ストローク量）を大きく設定する
ことができるとともに、駆動部の変位量に対応して推力
が減少することがなく、任意の位置で一定の推力を保持
することにより、弁切換部の応答性を向上させて出力ポ
ートから導出される圧力流体の圧力を高精度に制御する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る流体圧力制御装置の
一部縦断面概略構成図である。

【図２】図１に示す流体圧力制御装置の平面図である。

【図３】弁切換部の一部省略拡大縦断面図である。

【図４】図３の状態からスプール弁が変位した状態を示
す動作説明図である。

【図５】図１に示す流体圧力制御装置の概略回路構成図
である。

【図６】駆動部であるリニア電磁アクチュエータの動作
原理を示す一部省略拡大縦断面図である。

【図７】変位センサおよび圧力センサによるフィードバ
ック制御の説明図である。

【符号の説明】

１０…流体圧力制御装置 １６…駆動部 １８…スプール弁 ２０…弁切換
部 ２２ａ〜２２ｃ、６６ａ、６６ｂ…通路 ２４…ポート
ブロック ２８…制御部 ３２…シャフ
ト ３６…コイル ３８ａ、３８
ｂ…極歯 ４０…ヨーク ４２…永久磁
石 ４４…アウタヨーク ４８…バック
ヨーク ５０…中空部 ５２…ワイヤ
部材 ５４…バルブボデイ ５６…環状凹
部 ５８…弁室 ６０ａ〜６０
ｃ…孔部 ６２…スリーブ ７２…変位セ
ンサ ７６ａ…圧力流体供給ポート ７６ｂ…出力
ポート ７６ｃ…圧力流体排出ポート ８２…圧力セ
ンサ ８４…回路基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０５Ｄ 16/20 Ｇ０５Ｄ 16/20 Ａ Ｆターム(参考） 3H106 DA04 DA23 DA26 DB02 DB12 DB22 DB32 DC09 DD04 EE04 EE07 EE16 FA01 FB08 FB11 GA10 GA15 GB02 GC23 KK02 KK31 5H316 DD01 EE02 EE08 EE17 FF37 GG01 HH04

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】環状の励磁コイルと、前記励磁コイルの周
   囲を包囲し該励磁コイルの中心孔または外側の両端側に
   極歯が対向配置されたヨークと、前記励磁コイルの中心
   孔内または外側に軸線方向に沿って可動自在に配置され
   ラジアル方向に着磁された円筒状の永久磁石と、前記永
   久磁石と一体的に変位するシャフトとを有する駆動部
   と、 前記駆動部の駆動作用下に、シャフトと一体的にスプー
   ル弁を変位させることによりスリーブに形成された複数
   の孔部間の連通状態を切り換える弁切換部と、 前記弁切換部に連結され、前記複数の孔部にそれぞれ連
   通する通路が形成されたブロック体と、 を備えることを特徴とする流体圧力制御装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の装置において、 前記スプール弁の変位量を検出する変位センサが設けら
   れることを特徴とする流体圧力制御装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の装置において、 出力ポートに連通する通路から導出される圧力流体の圧
   力を検出する圧力センサが設けられることを特徴とする
   流体圧力制御装置。
4. 【請求項４】請求項１記載の装置において、 前記シャフトは貫通する中空部を有し、該シャフトとス
   プール弁とは、前記中空部に配設されたワイヤ部材によ
   って略同軸状に連結されることを特徴とする流体圧力制
   御装置。