JP2005003163A

JP2005003163A - 精密気体圧制御弁

Info

Publication number: JP2005003163A
Application number: JP2003169763A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Sasaki; 勝美佐々木; Toshifumi Hara; 敏文原
Original assignee: PSC KK
Current assignee: PSC KK
Priority date: 2003-06-13
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2005-01-06

Abstract

【課題】精密気体圧制御弁において、スリーブに対してスプールをより滑らかに移動させることである。
【解決手段】精密空気圧制御弁は、スリーブ２３０の内壁でスプール２４０のランド部を支持する。空気軸受部３０２，３０４は、ランド部の表面に、細長い浅溝が設けられる。空気は、高圧側から浅溝を通り、より狭い隙間に向かって絞られて低圧側に流れるので、いわゆる表面絞り装置となる。空気軸受部３０６は、排気口側ランド部２４８の表面に細長いポケット溝が設けられる。空気は、高圧側からポケット溝を通り、より狭い隙間に向かって絞られて低圧側に流れるので、いわゆるポケット絞り装置となる。これらの絞り効果により、絞り部分で圧力上昇を生じ、スプール２４０をスリーブ２３０に対し浮上させ、スプール２４０の移動を滑らかなものとできる。
【選択図】図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、精密気体圧制御弁に係り、特に複数のランド部を有するスプールと、スプールを軸方向移動可能に支持するスリーブとを備え、スリーブに対するスプールの軸方向移動駆動により負荷圧を制御する精密気体圧制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体圧回路や流体供給回路において管路の圧力制御や流量調整を行うために、移送弁あるいはサーボ弁等と呼ばれるフィードバック機構を内蔵した制御弁装置が用いられる。例えば、特許文献１においては、ノズルフラッパ弁を用いた油圧サーボ機構が開示され、特許文献２には、トルクモータでスプールを駆動する油圧回路の流量等を制御するサーボ弁が開示される。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５７−５１００２号公報
【特許文献２】
特開昭４２−１２８８０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来から制御弁装置は広く用いられているが、上記特許文献等からも理解できるように、油圧回路やオイル供給回路の制御弁としての利用から始まっており、したがって対象流体として油が取り扱われている。近年、空気等の気体を対象流体として、空気圧制御弁等の利用が進められ、例えば、空気ばねの制御等に用いられている。
【０００５】
そこで、従来から知られている油圧回路やオイル供給回路の制御弁の技術を気体制御弁に応用することが考えられる。しかし、気体制御弁に用いられる作動流体は、一般に乾燥した高圧ガスであり、潤滑性に優れ非圧縮性流体である油とは大きくその特性が異なる。また、扱われる流体圧や流速等も異なる。したがって、精密に気体圧や気体流量等の制御を行おうとすると、油圧回路等に用いられる制御弁の技術をそのまま応用するわけには行かないことが多い。特に、精密な制御において、制御弁の可動部における潤滑が問題となる。例えば、従来から知られているスプールとスリーブの構成を有する制御弁においては、スリーブに対するスプールの動きが流体圧等の精密な制御に影響を及ぼす。従来の油を用いる制御弁においては、スリーブに対してスプールが摺動しても、作動油の潤滑性により、その動きが問題となることは少ない。これに対し、作動流体に気体を用いる制御弁においては、気体に油と同等の潤滑性は期待できない。したがって、スリーブに対しスプールが摺動するときの動きの滑らかさが劣り、精密な流体圧等の制御に影響を及ぼす。
【０００６】
本発明の目的は、気体圧等の精密な制御を可能とする精密気体圧制御弁を提供することである。他の目的は、スリーブに対するスプールの動きをより滑らかとする精密気体圧制御弁を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る精密気体圧制御弁は、間隔をおいて軸方向に配列された複数のランド部と、隣接するランド部を接続するステム部とを含むスプールと、スプールを軸方向移動可能に支持する内壁を有し、スプールと協働してスプールの隣り合うランド部の間の空間を内壁で囲むことで少なくとも第１圧力室と第２圧力室とを形成するスリーブであって、第１圧力室に対し１次側気体圧を有する気体を供給する供給口と、第２圧力室から気体を排気する排気口と、第１圧力室又は第２圧力室から２次側気体圧を有する気体を取出して出力する負荷口とを含むスリーブと、スプールに取り付けられる移動復元手段と、スプールのランド部の外周と、ランド部に対向するスリーブの内壁との間に設けられる気体軸受部と、スプールに取り付けられ、スプールを軸方向に移動駆動するスプール移動機構と、を備え、スプール移動機構の駆動に応じ、第１圧力室及び第２圧力室とがスリーブの供給口及び排気口及び負荷口に対し相対的に滑らかに移動することにより、負荷口の２次側気体圧を制御することを特徴とする。
【０００８】
上記構成の精密気体圧制御弁は、スプールに取り付けられるスプール移動機構によりスプールがスリーブに対し移動駆動されるタイプで、いわば直接駆動型の精密気体圧制御弁である。この直接駆動型の精密気体圧制御弁において、スプールのランド部の外周と、ランド部に対向するスリーブの内壁との間に気体軸受部が設けられる。したがって、スプールはスリーブに対し、気体軸受部により浮上して支持され、スプール移動機構により軸方向に移動駆動されるので、摺動に比べ、スリーブに対するスプールの動きがより滑らかとなり、気体圧等の精密な制御が可能となる。
【０００９】
また、本発明に係る精密気体圧制御弁において、スプール移動機構を制御する制御回路と、スプールに設けられ、スプールの軸方向速度を検出するサーチコイルと、検出されたスプールの軸方向速度に基づき、スプールの運動に関するダンピング成分を制御回路に帰還する速度帰還回路と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
直接駆動型の精密気体圧制御弁においては、スリーブに対するスプールの運動は、スプールに取り付けられたスプール移動機構により行われるので、主に質量要素とばね要素とで構成される運動系となる。したがって、ダンピング要素が少ない構成である。上記構成により、サーチコイルによりスプールの軸方向速度を検出し、これを制御回路にフィードバックする。このことで、質量系とばね系とで構成される運動系にダンピング要素を付与することができ、スリーブに対するスプールの動きをより滑らかなものとでき、気体圧等の精密な制御が可能となる。
【００１１】
また、本発明に係る精密気体圧制御弁は、スプールとスリーブとの協働により形成されて２次側気体圧を有する気体が帰還される帰還圧力室を有し、スプールは、ランド部にステム部を介して接続され、ランド部の気体圧受面積より異なる気体圧受面積を有するカラー部を含み、スリーブは、カラー部を軸方向移動可能に支持するカラー支持内壁部を含み、スプールのランド部とカラー部の間の空間を内壁で囲むことで帰還圧力室を形成するスリーブであり、帰還圧力室に２次側気体圧を有する気体が導かれることで、気体圧受面積の差に対応する２次側気体圧の帰還力がスプールに与えられることを特徴とする。
【００１２】
直接駆動型の精密気体圧制御弁においては、スプールにスプール移動機構が取り付けられるので、例えばスリーブを開口部を除いて気密なケースとし、その内部でスプールを移動させるという構成がとりにくく、スプールの両端は大気に開放されている構成となることが多い。このような開放型スプールにおいては、２次側気体圧をスプールの運動にフィードバックしようとするとき、スプールの端部に直接２次側気体圧をフィードバックすることができない。
【００１３】
上記構成により、ランド部にステム部を介して接続されるカラー部を設け、さらに、カラー部の気体圧受面積をランド部の気体圧受面積より小さくする。そして、ランド部とカラー部の間の空間をスリーブの内壁で囲んで帰還圧力室を形成する。この帰還圧力室に２次側気体圧を有する気体が導かれる。したがって、ランド部とカラー部の気体圧受面積の差に対応する２次側気体圧の帰還力がスプールに与えられ、２次側気体圧がスプールの運動にフィードバックされる。このフィードバックにより、スプールの動きをより精密に制御でき、気体圧等の精密な制御が可能となる。
【００１４】
また、本発明に係る精密気体圧制御弁は、間隔をおいて軸方向に配列された複数のランド部と、隣接するランド部を接続するステム部とを含むスプールと、スプールを軸方向移動可能に支持する内壁を有し、スプールと協働してスプールの隣り合うランド部の間の空間を内壁で囲むことで少なくとも第１圧力室と第２圧力室とを形成するスリーブであって、第１圧力室に対し１次側気体圧を有する気体を供給する供給口と、第２圧力室から気体を排気する排気口と、第１圧力室又は第２圧力室から２次側気体圧を有する気体を取出して出力する負荷口とを含むスリーブと、スプールに取り付けられる移動復元手段と、スプールのランド部の外周と、ランド部に対向するスリーブの内壁との間に設けられる気体軸受部と、駆動機構により軸方向に移動駆動されるフラッパと、フラッパに対し開口部を有するノズルとを含み、ノズルに気体を供給し、フラッパとノズルの開口部との距離に応じて出力される出力気体圧に応じてスプールを軸方向に移動駆動するスプール移動機構と、を備え、スプール移動機構の駆動に応じ、第１圧力室及び第２圧力室とがスリーブの供給口及び排気口及び負荷口に対し相対的に滑らかに移動することにより、負荷口の２次側気体圧を制御することを特徴とする。
【００１５】
上記構成の精密気体圧制御弁は、フラッパとノズルとの協働により、フラッパとノズルの開口部との距離に応じて出力される出力気体圧に応じ、スリーブに対しスプールが軸方向に移動駆動されるタイプで、いわばノズルフラッパ駆動型の精密気体圧制御弁である。このノズルフラッパ駆動型の精密気体圧制御弁において、スプールのランド部の外周と、ランド部に対向するスリーブの内壁との間に気体軸受部が設けられる。したがって、スプールはスリーブに対し、気体軸受部により浮上して支持され、スプール移動機構により軸方向に移動駆動されるので、摺動に比べ、スリーブに対するスプールの動きがより滑らかとなり、気体圧等の精密な制御が可能となる。
【００１６】
また、本発明に係る精密気体圧制御弁において、スリーブは、一端側にスプール移動機構のノズルが設けられ、開口部分を除き気密にスプールをその内部に収納するケース状のスリーブであって、ノズルとスプールの一端側との間にノズルに供給される気体が導入されるノズル側圧力室が形成され、スプールの他端側とスリーブの他端側との間に２次側気体圧を有する気体が導入される帰還圧力室が形成されることが好ましい。
【００１７】
上記構成により、開口部分を除き気密にスプールをその内部に収納するケース状のスリーブにおいて、一端側にスプール移動機構のノズルが設けられ、ノズルとスプールの一端側との間にノズルに供給される気体が導入されるノズル側圧力室が形成される。公知のノズルフラッパ機構の作用により、ノズル側圧力室の圧力は、フラッパとノズルの開口部との距離に応じた出力気体圧となり、これによりスプールに移動駆動力を与えることができる。また、スプールの他端側とスリーブの他端側との間に帰還圧力室が設けられ、帰還圧力室には２次側気体圧を有する気体が導入される。したがって、スプールに与えられる移動駆動力に対し、２次側気体圧がフィードバックされる。このフィードバックにより、スプールの動きをより精密に制御でき、気体圧等の精密な制御が可能となる。
【００１８】
また、ノズル側圧力室には、１次側気体圧に対し絞り機構を経由させた後の気体が供給されることが好ましい。絞り機構により、気体回路において適当な流体抵抗成分を加えることができ、これによりノズルフラッパ弁の作動を安定かつ精密なものとできる。したがって、気体圧等の精密な制御が可能となる。
【００１９】
また、本発明に係る精密気体圧制御弁において、スプールの軸方向に沿いその内部に設けられる気体流路であって、スリーブの供給口に向かい合い１次側気体圧を有する気体を取り込む取込口と、絞り機構を介してスプール移動機構のノズルに向かい合うノズル側開口部と、気体軸受部に対し開口する軸受側開口部とを有する気体流路を含むことが好ましい。上記構成により、１次側気体圧を有する気体を振り分けて、スプール移動機構のノズルに供給するとともに、気体軸受部にも供給することができる。
【００２０】
また、軸受側開口部は、気体流路から絞り機構を介した後スリーブに対しポケット状に広がって開口する開口部であることが好ましい。絞り機構を設けることで、気体回路において適当な流体抵抗成分を加えることができ、これにより気体軸受の作動をより安定なものとできる。したがって、スリーブに対するスプールの動きをより安定に滑らかとすることができ、気体圧等の精密な制御が可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、対象気体を空気とし、空気ばねに供給する空気圧を精密に制御する精密空気圧制御弁を述べるが、用途は空気ばねに限られない。また、空気圧の精密な制御のほか、空気の流量を精密に制御するものであってもよい。例えば半導体露光装置や半導体検査装置における除振テーブルに供給する空気圧の精密な制御等であってもよく、あるいは空気を精密に一定流量流すための精密空気圧制御弁であってもよい。また、対象気体は、空気以外の気体であってもよい。例えば、窒素ガス、不活性ガス等を用いることもできる。
【００２２】
図１は、直接駆動型の精密空気圧制御弁１０の断面図である。この精密空気圧制御弁１０は、筐体本体部１２と駆動モータ取付蓋１４とサーチコイル取付蓋１６とで構成される筐体の内部に、スリーブ３０とスプール４０が収納され、スプール４０は、スプール駆動モータ８０により直接駆動される。
【００２３】
筐体本体部１２は、３つの空気圧ポートを有する概略円筒状の部材である。３つの空気圧ポートは、円筒状の壁を貫通する３つの穴で、それぞれ１次側空気圧Ｐｓを有する空気を供給する供給ポート２２、負荷である空気ばねに２次側空気圧Ｐａを出力する負荷ポート２４及び大気圧Ｐｏに向けて開放される排気ポート２６である。供給ポート２２、負荷ポート２４及び排気ポート２６は、駆動モータ取付蓋１４側からサーチコイル取付蓋１６側の方向に、この順序で配列される。各ポートには適当なジョイントでもって、空気を導くパイプ等が接続される。
【００２４】
筐体本体部１２の円筒状の両端には、駆動モータ取付蓋１４とサーチコイル取付蓋１６がそれぞれ取り付けられて外部から遮蔽される。したがって、筐体本体部１２と駆動モータ取付蓋１４とサーチコイル取付蓋１６と各ポートに接続されるパイプにより、気密なケースが形成され、その内部は、外部のごみ等による汚染から保護される。
【００２５】
スリーブ３０は、筐体本体部１２の内周壁に固定して取り付けられ、その形状が精密に加工されて形成される概略円筒状の部材である。すなわち、スリーブ３０の内周部は、後述する空気軸受部１００，１０２によりスプール４０を軸方向に移動可能に支持するために、精密な内径に加工される内壁を有する。そしてその内壁には、スプール４０の各部の配置と寸法に精密に対応するように、精密な配置関係と寸法に加工される供給口３２と負荷口３４と排気口３６の開口部が設けられる。供給口３２、負荷口３４及び排気口３６は、それぞれ筐体本体部１２の供給ポート２２、負荷ポート２４及び排気ポート２６とそれぞれ接続される。
【００２６】
スプール４０は、直径の異なる円板及び軸を複数軸方向に配列して接続して構成される部材である。スプール４０とスリーブ３０の部分を抜き出した断面図を図２に示す。スプール４０の各構成要素は、スリーブ３０の供給口３２側から排気口３６側に向かう軸方向に沿って、「モータ取付軸５２−供給口側ランド部４２−第１圧力室ステム部５４−中央ランド部４４−第２圧力室ステム部５６−排気口側ランド部４６−緩衝室ステム部５８−緩衝ランド部４８−帰還室ステム部６０−カラー部５０−サーチコイル取付軸６１」の順に配列される。
【００２７】
スプール４０とスリーブ３０とは、協働して精密な空気圧制御のための空気回路を形成する。そのため、スプール４０の各要素の形状及び寸法は、以下のように、スリーブ３０の各要素の形状及び寸法と密接な関係で設定される。
【００２８】
スプール４０のランド部は、スリーブ３０の内径Ｄ_０よりやや小さい外径Ｄ_１を有する円板であり、スリーブ３０の内壁により支持されるものである。例えば、スリーブ３０の内径Ｄ_０を１０ｍｍとして、各ランド部の外径Ｄ_１をＤ_０から約７μｍ小さい値とすることができる。
【００２９】
スプール４０のカラー部５０は、ランド部の外径Ｄ_１より小さい外径Ｄ_２を有する円板で、外径Ｄ_２は後述する２次側空気圧の帰還量で定めることができる。例えば、上記の例で、Ｄ_２＝７ｍｍとすることができる。スリーブ３０には、カラー部５０に対応し、カラー部５０の外周を軸方向移動可能に支持するためのカラー部支持材３８が配置される。カラー部支持材３８は、外径がスリーブ３０の内径Ｄ_０で、内径がカラー部５０の外径Ｄ_２よりやや小さ目のリングで構成することができる。
【００３０】
スプール４０のステム部は、隣り合うランド部の間、あるいはランド部とカラー部５０との間を接続する軸で、緩衝室ステム部５８を除き、同じ外径Ｄ_３を有する。したがって、外径Ｄ_３は、各ランド部の外径Ｄ_１及びカラー部５０の外径Ｄ_２より小さく定められ、例えば、上記の例でＤ_３＝５ｍｍとすることができる。緩衝室ステム部５８の外径は、各ランド部の外径Ｄ_１より一回り小さい適当な大きさに設定される。例えば、上記の例で、約９ｍｍとすることができる。
【００３１】
このように、各ステム部の軸外径は、その両側のランド部の直径あるいはカラー部の直径より小さく設定され、各ランド部及びカラー部はスリーブにより支持される。すなわち、各ステム部に対応するところには、スリーブとの間にそれぞれ空間が形成される。これらの空間には、空気を導き、あるいは流し、あるいは保持することができるので、圧力室と呼ぶことにする。すなわち、供給口側ランド部４２と中央ランド部４４との間の空間をスリーブ３０の内壁で囲むことで第１圧力室６２が形成され、中央ランド部４４と排気口側ランド部４６との間の空間をスリーブ３０の内壁で囲むことで第２圧力室６４が形成される。また、排気口側ランド部４６と緩衝ランド部４８との間の空間をスリーブ３０の内壁で囲むことで緩衝圧力室６６が形成され、緩衝ランド部４８とカラー部５０との間の空間をスリーブ３０の内壁で囲むことで帰還圧力室６８が形成される。
【００３２】
中央ランド部４４の幅Ｗ_１は、スリーブ３０の負荷口３４の開口幅Ｗ_０と精密に同じ寸法に設定される。好ましくは中央ランド部４４の幅Ｗ_１を負荷口３４の開口幅Ｗ_０より微小量だけ大きく設定するのがよい。図２に示す状態は、中央ランド部４４の幅Ｗ_１でちょうど負荷口３４の開口幅Ｗ_０を覆った状態で、精密空気圧制御弁１０の初期状態に相当する。
【００３３】
第１圧力室ステム部５４の長さは、供給口３２の開口幅より十分大きく設定される。また、第２圧力室ステム部５６の長さは、排気口３６の開口幅より十分大きく設定される。
【００３４】
スプール４０の内部には、第１圧力室ステム部５４に一方側の開口を有し、緩衝室ステム部５８に他方側の開口を有するバイパス流路７０が設けられる。バイパス流路７０は、第１圧力室６２と緩衝圧力室６６とを連通する機能を有する。すなわち、緩衝圧力室６６は第１圧力室６２と同じ空気圧となる。
【００３５】
空気軸受部１００，１０２は、ランド部とスリーブ内壁との間に設けられた高圧の空気を流すことのできる隙間であって、スリーブ３０に対しスプールを浮上させて支持する機能を有する。空気軸受部１００は、供給口側ランド部４２とスリーブ３０の内壁との間に設けられ、空気軸受部１０２は、排気口側ランド部４６とスリーブ３０の内壁との間に設けられる。
【００３６】
図３は、空気軸受部１００周辺の供給口側ランド部４２の斜視図である。供給口側ランド部４２には浅溝１１０が設けられる。浅溝１１０の深さは、例えば、供給口側ランド部４２とスリーブ３０との隙間が約７μｍの例において、約３−２０μｍとすることができる。浅溝１１０の長さは、供給口側ランド部４２の幅の一部でよい。例えば、供給口側ランド部４２の幅の約１／２とすることができる。この浅溝１１０が設けられる方向は、第１圧力室ステム部５４側の端部から始まって、モータ取付軸５２側に向かう方向に延びる。第１圧力室ステム部５４側は第１圧力室６２側で、供給口３２を介し１次側空気圧Ｐｓが供給される側である。モータ取付軸５２側は、大気圧Ｐｏに開放される側である。すなわち、浅溝１１０が設けられる方向は、空気圧が高い方から低い方に向かって延びるように設けられる。
【００３７】
空気軸受部１０２における排気口側ランド部４６においても同様な浅溝が設けられる。その延びる方向は、緩衝圧力室６６側から第２圧力室６４側に向かう方向である。すなわち、１次側空気圧Ｐｓ側から大気圧Ｐｏ側に向かう方向に延びるように設けられる。
【００３８】
図１に戻り、筐体本体部１２には、スリーブ３０の負荷口３４に向かって一方側の開口を有し、帰還圧力室６８に向けて他方側の開口を有する帰還流路７２が設けられる。このように、帰還流路７２は、負荷口３４と帰還圧力室６８とを連通する機能を有する。したがって、帰還圧力室６８の圧力は、負荷口３４の圧力が帰還され、負荷圧と同じ空気圧となる。帰還流路７２の帰還圧力室６８に向かう開口部には、絞り部７４が設けられる。絞り部７４は、例えばオリフィス絞りで構成できる。絞り部７４を帰還流路７２に配置することで、適当な流体抵抗を付加することができ、負荷口３４の圧力である２次側空気圧をより安定した状態で帰還圧力室６８に帰還することができる。
【００３９】
スプール４０のモータ取付軸５２には、スプール駆動モータ８０の駆動軸８３が取り付けられるとともに、駆動モータ取付蓋１４との間にコイルばね８２が設けられる。スプール駆動モータ８０は、駆動軸８３の他端部に巻回されるコイル８４と、駆動モータ取付蓋１４に取り付けられる永久磁石８６とを含むボイスコイルモータで構成することができる。スプール駆動モータ８０への駆動信号は図示されていない制御回路から入力される。したがって、駆動信号に応じ、スプール駆動モータ８０の駆動軸を介し、スプール４０を軸方向に移動駆動することができる。
【００４０】
スプール４０のサーチコイル取付軸６１には、サーチコイル９０の移動軸９３が取り付けられるとともに、サーチコイル取付蓋１６との間にコイルばね９２が設けられる。コイルばね９２は、スプール駆動モータ８０側のコイルばね８２とともに、スプール４０に対する移動復元手段を構成する。移動復元力は、調整ねじ９３により適当な量に調整可能である。すなわち、スプール４０の運動は、スプール駆動モータ８０に与えられる駆動力と、移動復元手段により与えられる復元力とのバランスによって定まる。
【００４１】
サーチコイル９０は、移動軸９３の他端部に巻回されるコイル９４と、サーチコイル取付蓋１６に取り付けられる永久磁石９６を含んで構成することができる。スプール４０が軸方向に移動するときの速度は、コイル９４に励起される信号を処理して得ることができる。得られたスプール４０の速度値は、図示されていない制御回路に帰還される。
【００４２】
上記構成の直接駆動型精密空気圧制御弁１０の動作及び作用を説明する。精密空気圧制御弁１０において、供給ポート２２には１次側空気圧Ｐｓが供給され、排気ポート２６は大気に開放され大気圧Ｐｏとなっている。負荷ポート２４は、図示されていない負荷である空気ばねに接続されている。初期状態においては、図示されていない制御回路からスプール駆動モータ８０には駆動信号はゼロである。この状態で調整ねじ９３を適当に調整することで、図２に示すように、中央ランド部４４が負荷口３４をちょうど覆うように設定する。この状態において、第１圧力室６２は１次側空気圧Ｐｓを有する空気で満たされるが、中央ランド部４４が負荷口３４をちょうど覆っているので、負荷口３４には１次側空気圧Ｐｓを有する空気が流れない。同様に、中央ランド部４４が負荷口３４をちょうど覆っているので、負荷口３４から排気口３６にむけて負荷圧Ｐａがもれることもない。
【００４３】
つぎに、図示されていない制御回路から駆動信号がスプール駆動モータ８０に出され、スプール４０を押す方向、すなわち図２に示す＋Ｘ方向に駆動力が与えられたとする。この場合、中央ランド部４４が排気口３６側に移動するので、第１圧力室６２が負荷口３４とつながることになり、１次側空気圧を有する空気が負荷口３４を通って図示されていない空気ばねに供給される。すなわち負荷口３４の空気圧が上昇して２次側空気圧である負荷圧Ｐａが上昇する。負荷圧Ｐａが上昇すると、帰還流路７２を経由して、帰還圧力室６８の空気圧が上昇する。帰還圧力室６８は、緩衝ランド部４８の外径とカラー部５０の外径とが異なるので、空気圧受面積が異なり、その差により、帰還力が発生する。図２の場合、スプール４０を戻す方向、すなわち−Ｘ方向の帰還力が働く。このように、＋Ｘ方向の駆動力に対し、−Ｘ方向の帰還力が働くので、スプール４０の移動はきわめて少ない量となる。すなわち、少ない移動量で、負荷圧Ｐａの大きな変化を制御できる。
【００４４】
これと逆に、図示されていない制御回路から駆動信号がスプール駆動モータ８０に出され、スプール４０を引く方向、すなわち図２に示す−Ｘ方向に駆動力が与えられたとする。この場合、中央ランド部４４が供給口３２側に移動するので、第２圧力室６４が負荷口３４とつながることになり、空気ばね側から負荷圧Ｐａを有する空気が第２圧力室６４を通って大気側に開放される。すなわち負荷口３４の空気圧が低下して２次側空気圧である負荷圧Ｐａが低下する。負荷圧Ｐａが低下すると、帰還流路７２を経由して、帰還圧力室６８の空気圧が低下する。緩衝ランド部４８を隔てた緩衝圧力室６６には、バイパス流路７０を介して１次側空気圧Ｐｓが来ているので、スプール４０を押す方向、すなわち＋Ｘ方向の帰還力が働く。このように、−Ｘ方向の駆動力に対し、＋Ｘ方向の帰還力が働くので、やはりスプール４０の移動はきわめて少ない量となる。すなわち、少ない移動量で、負荷圧Ｐａの大きな変化を制御できる。
【００４５】
次に、空気軸受部１００，１０２の作用につき説明する。図４は、空気軸受部１００の周辺の断面拡大図である。上記のように、空気軸受部１００の周辺において、供給口側ランド部４２の表面に、細長い浅溝１１０が設けられ、その浅溝１１０は、高圧の１次側空気圧Ｐｓの方から低圧の大気圧Ｐｏの方に向けて延びるように配置される。したがって、空気は、高圧側から浅溝１１０を通り、より狭い隙間に向かって絞られて低圧側に流れるので、いわゆる表面絞り装置となる。この絞り効果のため、絞り部分で圧力上昇を生じ、供給口側ランド部４２をスリーブに対し浮上させる。
【００４６】
もう一方の空気軸受部１０２においても、排気口側ランド部４６に設けられる浅溝は、高圧の１次側空気圧Ｐｓの方から低圧の大気圧Ｐｏの方に向けて延びるように配置される。したがって、浅溝による表面絞り効果により、絞り部分で圧力上昇を生じ、排気口側ランド部４６をスリーブに対し浮上させる。
【００４７】
このようにして、空気軸受部１００，１０２の作用により、スプール４０は、スリーブ３０に対し浮上する。したがって、スプール４０のスリーブ３０に対する運動は、滑らかなものとなる。
【００４８】
次にサーチコイル９０の作用を説明する。図５は、精密空気圧制御弁１０のブロックダイアグラムである。制御回路から駆動モータに指令値ｅ_０が与えられると、電流ブースタ１２０により増幅されるとともに電流ｉに変換される。電流ｉは、モータ定数１２０により駆動力Ｆに変換され、スプール等の運動系のゲイン１２４によりスプールの変位ｙとなる。この変位ｙは、スプールとスリーブとの協働作用を示すゲイン１２６により、負荷口に流れる流量Ｑに変換され、流量Ｑの積分１２８により負荷圧Ｐａが出力される。負荷圧Ｐａは、帰還圧力室の作用により帰還係数１３０分だけ駆動力にフィードバックされる。以上がメイン動作に相当する。ここで、スプールの変位ｙは、サーチコイルの作用により微分１３２され、速度ｖとなる。そして、変換係数１３４により電圧に変換され、指令値ｅ_０にフィードバックされる。
【００４９】
図５からわかるように、メイン動作においては、スプールの運動系のゲイン１２４は、質量要素とばね要素からなっていて、ダンピング要素を含んでいない。これは、精密空気圧制御弁が直接駆動型であるため、スプール等の質量Ｍと、移動復元手段のばねｋで運動系が構成されるためである。ここで、サーチコイルのフィードバックループには、変位ｙの微分１３２が含まれるので、これによりダンピング要素を付加することができる。したがって、運動全体を滑らかなものとできる。
【００５０】
図６は、ノズルフラッパ駆動型精密空気圧制御弁２１０の断面図である。この精密空気圧制御弁２１０は、筐体の内部にスリーブ３０とスプール４０が収納され、スプール４０は、ノズルフラッパ機構により駆動される。
【００５１】
筐体は、筐体本体部２１２と、筐体本体部２１２の一方端側においてフラッパ３１０と駆動モータ３２０を取り付けるための組合せ蓋２１４と、他方端において帰還圧力室を形成するための帰還圧力室側蓋２１６とからなる。組合せ蓋２１４は、フラッパ取付リング２１７と、駆動モータ取付リング２１８と、駆動モータ側蓋２１９とから構成される。
【００５２】
フラッパ３１０は、先端に平坦な面を有する棒部材で、先端側に第１センタリングばね３１２が取り付けられ、棒の他方端に第２センタリングばね３１４が取り付けられる。第１センタリングばね３１２及び第２センタリングばね３１４は、フラッパ３１０をねじることなく図６に示すＸ軸方向に移動可能に支持するための板ばねである。センタリングばねとして、例えば、円形の薄板で、中心部分にフラッパの取付部を設け、周辺部分に固定部を設け、取付部と固定部とを複数のブリッジで接続するもの等を用いることができる。第１センタリングばね３１２の周辺固定部はフラッパ取付リング２１７に取り付けられ、第２センタリングばね３１４の周辺固定部は駆動モータ側蓋２１９に取り付けられる。
【００５３】
また、フラッパ３１０は駆動モータ３２０の駆動軸３２２と接続される。駆動モータ３２０は、駆動軸３２２の他端部に巻回されるコイル３２４と、駆動モータ取付リング２１８に取り付けられる永久磁石３２６とを含むボイスコイルモータで構成することができる。駆動モータ３２０への駆動信号は図示されていない制御回路から入力される。したがって、駆動信号に応じ、駆動モータ３２０の駆動軸３２２を介し、フラッパ３１０をＸ方向に移動駆動することができる。
【００５４】
筐体本体部２１２は、３つの空気圧ポートを有する概略円筒状の部材である。３つの空気圧ポートは、円筒状の壁を貫通する３つの穴で、それぞれ１次側空気圧Ｐｓを有する空気を供給する供給ポート２２２、負荷である空気ばねに２次側空気圧Ｐａを出力する負荷ポート２２４及び大気圧Ｐｏに向けて開放される排気ポート２２６である。供給ポート２２２、負荷ポート２２４及び排気ポート２２６は、組合せ蓋２１４の側から帰還圧力室側蓋２１６の方向に、この順序で配列される。各ポートには適当なジョイントでもって、空気を導くパイプ等が接続される。
【００５５】
筐体本体部２１２の円筒状の両端には、組合せ蓋２１４と帰還圧力室側蓋２１６がそれぞれ取り付けられて外部から遮蔽される。したがって、筐体本体部２１２と組合せ蓋２１４と帰還圧力室側蓋２１６と各ポートに接続されるパイプにより、気密なケースが形成され、その内部は、外部のごみ等による汚染から保護される。
【００５６】
スリーブ２３０は、筐体本体部１２の内周壁に固定して取り付けられ、その形状が精密に加工されて形成される概略円筒状の部材である。図６に示すように、スリーブ２３０において、組合せ蓋２１４の側の一方端にはノズル３００がフラッパ３１０に開口部を向けて取り付けられ、他方端にはＯリング２１３を介し帰還圧力室側蓋２１６が気密に接続される。したがって、スリーブ２３０は、両端をノズル３００及び帰還圧力室側蓋２１６で覆われた円筒となり、このノズル３００と帰還圧力室側蓋２１６との間の空間にスプール２４０が配置される。
【００５７】
スリーブ２３０の内周部は、後述する空気軸受部３０２，３０４，３０６によりスプール２４０を軸方向に移動可能に支持するために、精密な内径に加工される内壁を有する。そしてその内壁には、スプール２４０の各部の配置と寸法に精密に対応するように、精密な配置関係と寸法に加工される供給口２３２と負荷口２３４と排気口２３６の開口部が設けられる。供給口２３２、負荷口２３４及び排気口２３６は、それぞれ筐体本体部２１２の供給ポート２２２、負荷ポート２２４及び排気ポート２２６とそれぞれ接続される。
【００５８】
スプール２４０は、直径の異なる円板及び軸を複数軸方向に配列して接続して構成される部材である。スプール２４０とスリーブ２３０の周辺部分を抜き出した断面図を図７に示す。スプール２４０の各構成要素は、スリーブ２３０の供給口２３２側から排気口２３６側に向かう軸方向に沿って、「絞り部取付ランド部２４２−大気圧室ステム部２５２−供給口側ランド部２４４−第１圧力室ステム部２５４−中央ランド部２４６−第２圧力室ステム部２５６−排気口側ランド部２４８」の順に配列される。
【００５９】
スプール２４０とスリーブ２３０とは、協働して精密な空気圧制御のための空気回路を形成する。そのため、スプール２４０の各要素の形状及び寸法は、以下のように、スリーブ２３０の各要素の形状及び寸法と密接な関係で設定される。
【００６０】
スプール２４０のランド部は、スリーブ２３０の内径Ｄ_０よりやや小さい外径Ｄ_１を有する円板で、例えば、スリーブ２３０の内径Ｄ_０を１０ｍｍとして、各ランド部の外径Ｄ_１をＤ_０から約７μｍ小さい値とすることができる。
ができる。
【００６１】
スプール２４０のステム部は、隣り合うランド部の間を接続する軸で、大気圧室ステム部２５２を除き、同じ外径Ｄ_３を有する。例えば、上記の例でＤ_３＝５ｍｍとすることができる。大気圧室ステム部２５２の外径は、各ランド部の外径Ｄ_１より一回り小さい適当な大きさに設定される。例えば、上記の例で、約９ｍｍとすることができる。
【００６２】
このように、各ステム部の軸外径は、その両側のランド部の直径より小さく設定され、各ランド部はスリーブ２３０により支持される。すなわち、各ステム部に対応するところには、スリーブ２３０との間にそれぞれ空間が形成される。これらの空間には、空気を導き、あるいは流し、あるいは保持することができるので、圧力室と呼ぶことにする。すなわち、供給口側ランド部２４４と中央ランド部２４６との間の空間をスリーブ２３０の内壁で囲むことで第１圧力室２６２が形成され、中央ランド部２４６と排気口側ランド部２４８との間の空間をスリーブ２３０の内壁で囲むことで第２圧力室２６４が形成される。
【００６３】
また、絞り部取付ランド部２４２と供給口側ランド部２４４との間の空間をスリーブ２３０の内壁で囲むことで大気圧室２６０が形成される。スリーブ２３０には、その外周側から大気圧室２６０に向けて貫通穴である大気圧導入口２７６が設けられる。大気圧導入口２７６は、スリーブ２３０の外側の空気、すなわち大気圧を有する空気を、大気圧室２６０に導入する機能を有する。
【００６４】
スプール２４０の先端の絞り部取付ランド部２４２には、絞り部２８０が取り付けられる。絞り部２８０は、例えばオリフィス絞りで構成できる。
【００６５】
スプール２４０の内部には、空気流路２７０が設けられる。空気流路２７０は、第１圧力室ステム部２５４に空気取入口を有し、その空気取入口から絞り部取付ランド部２４２側に延びて絞り部２８０に対し一方側の開口を有し、空気取入口から排気口側ランド部２４８側に延びて空気軸受部３０６に対し他方側の開口を有する。第１圧力室ステム部２５４に設けられた空気取入口は、第１圧力室２６２に向かい合うので、空気流路２７０には第１圧力室２６２の圧力を有する空気が流れることになる。すなわち、空気流路２７０は、第１圧力室２６２の圧力を有する空気を絞り部２８０及び空気軸受部３０６に供給する機能を有する。
【００６６】
ノズル３００とスプール２４０の一方端の絞り部２８０との間の空間はスリーブ２３０に囲まれて、ノズル側圧力室２９０が形成される。したがって、第１圧力室２６２の圧力を有する空気は、空気流路２７０を介し、絞り部２８０を通ってノズル側圧力室２９０に導かれる。絞り部２８０を空気流路２７０に配置することで、適当な流体抵抗を付加することができ、第１圧力室２６２の圧力である１次側空気圧をより安定した状態でノズル側圧力室２９０に供給することができる。ノズル側圧力室２９０に供給された空気は、ノズル３００を通って、ノズル３００とフラッパ３１０との間に噴出す。また、ノズル側圧力室２９０において、スプール２４０とノズル３００との間にコイルばね２９４が設けられる。
【００６７】
帰還圧力室側蓋２１６とスプール２４０の他方端との間の空間は、帰還圧力室側蓋２１６に囲まれ、帰還圧力室２９２が形成される。帰還圧力室側蓋２１６には、帰還圧力室２９２に向けて開口を有する帰還流路２７２が設けられる。帰還流路２７２は、図６に示すように、さらに筐体本体部２１２の内部に延びて、スリーブ２３０の負荷口２３４に向かって他方側の開口を有する。筐体本体部２１２と帰還圧力室側蓋２１６との接続部分には、Ｏリング２１５が設けられ、帰還流路２７２は漏れのないように接続される。すなわち、帰還流路２７２は負荷口２３４と帰還圧力室２９２とを連通する機能を有する。したがって、帰還圧力室２９２の圧力は、負荷口２３４の圧力が帰還され、負荷圧と同じ空気圧となる。
【００６８】
帰還流路２７２の帰還圧力室２９２に向かう開口には、絞り部２７４が設けられる。絞り部２７４は、例えばオリフィス絞りで構成できる。絞り部２７４を帰還流路２７２に配置することで、適当な流体抵抗を付加することができ、負荷口２３４の圧力である２次側空気圧をより安定した状態で帰還圧力室２９２に帰還することができる。
【００６９】
また、帰還圧力室２９２において、スプール２４０と帰還圧力室側蓋２１６との間にコイルばね２９６が設けられる。コイルばね２９６は、ノズル側圧力室２９０に設けられるコイルばね２９４とともに、スプール２４０に対する移動復元手段を構成する。
【００７０】
中央ランド部２４６の幅Ｗ_１は、スリーブ２３０の負荷口２３４の開口幅Ｗ_０と精密に同じ寸法に設定される。好ましくは中央ランド部２４６の幅Ｗ_１を負荷口２３４の開口幅Ｗ_０より微小量だけ大きく設定するのがよい。図７に示す状態は、中央ランド部２４６の幅Ｗ_１でちょうど負荷口２３４の開口幅Ｗ_０を覆った状態で、精密空気圧制御弁２１０の初期状態に相当する。
【００７１】
第１圧力室ステム部２５４の長さは、供給口２３２の開口幅より十分大きく設定される。また、第２圧力室ステム部２５６の長さは、排気口２３６の開口幅より十分大きく設定される。
【００７２】
空気軸受部３０２，３０４，３０６は、ランド部とスリーブ内壁との間に設けられた高圧の空気を流すことのできる隙間であって、スリーブ２３０に対しスプール２４０を浮上させて支持する機能を有する。
【００７３】
空気軸受部３０２，３０４は、図３、図４で説明した表面絞り装置を用いるものである。すなわち、空気軸受部３０２は、その周辺において、供給口側ランド部２４４の表面に、細長い浅溝が設けられ、その浅溝は、第１圧力室２６２の端部から大気圧室２６０の方に、すなわち高圧の１次側空気圧Ｐｓの方から低圧の大気圧Ｐｏの方に向けて延びるように配置される。同様に、空気軸受部３０４は、絞り部取付ランド部２４２の表面に、細長い浅溝が設けられ、その浅溝は、ノズル側圧力室２９０の端部から大気圧室２６０の方に、すなわち高圧のノズル側圧力室２９０の方から低圧の大気圧Ｐｏの方に向けて延びるように配置される。したがって、空気は、高圧側から浅溝を通り、より狭い隙間に向かって絞られて低圧側に流れ、この絞り効果のため、絞り部分で圧力上昇を生じ、スプール２４０をスリーブ２３０に対し浮上させる。
【００７４】
空気軸受部３０６は、排気口側ランド部２４８にポケット絞り装置を設けて、スプール２４０をスリーブ２３０に対し浮上させるものである。図８は、空気軸受部３０６周辺の排気口側ランド部２４８の斜視図である。排気口側ランド部２４８には、浅いポケット溝３０７が設けられ、ポケット溝３０７は、空気流路２７０の他方側開口部３０８が接続される。ポケット溝３０７の深さは、例えば、排気口側ランド部２４８とスリーブ２３０との隙間が約７μｍの例において、約３−２０μｍとすることができる。ポケット溝３０７の幅Ｌは、排気口側ランド部２４８の幅の一部でよい。例えば、排気口側ランド部２４８の幅の約１／２とすることができる。
【００７５】
ポケット溝３０７は、排気口側ランド部２４８の幅のほぼ中央に配置され、その長さＬの方向はスプール２４０の軸方向である。すなわち、ポケット溝３０７の長手に延びる方向は、空気流路２７０の開口部３０８を中心として、第２圧力室２６４側と、帰還圧力室２９２側である。開口部３０８における圧力は第１圧力室２６２の圧力、すなわち１次側空気圧Ｐｓであり、第２圧力室２６４と帰還圧力室２９２の圧力は負荷圧、すなわち２次側空気圧Ｐａである。したがって、ポケット溝３０７の長手方向は、空気圧が高い方から低い方に向かって延びるように設けられる。したがって、空気は、高圧側から浅いポケット溝を通り、より狭い隙間に向かって絞られて低圧側に流れ、この絞り効果のため、絞り部分で圧力上昇を生じ、スプール２４０をスリーブ２３０に対し浮上させる。
【００７６】
図９は、ポケット溝３０７周辺の拡大断面図である。このように、空気流路２７０のポケット溝３０７に向かう開口部３０８には、絞り部３０９が設けられる。絞り部３０９は、例えばオリフィス絞りで構成できる。絞り部３０９を空気流路２７０に配置することで、適当な流体抵抗を付加することができ、第１圧力室２６２の圧力である２次側空気圧をより安定した状態でポケット溝３０７に供給することができる。
【００７７】
上記構成の精密空気圧制御弁２１０の動作及び作用を説明する。精密空気圧制御弁２１０において、供給ポート２２２には１次側空気圧Ｐｓが供給され、排気ポート２２６は大気に開放され大気圧Ｐｏとなっている。負荷ポート２２４は、図示されていない負荷である空気ばねに接続されている。初期状態においては、図示されていない制御回路から駆動モータ３２０には駆動信号はゼロである。このとき、コイルばね２９４，２９６等の調整で、図７に示すように、中央ランド部２４６が負荷口２３４をちょうど覆うようにする。
【００７８】
このスプール２４０の初期状態の位置は、次のようにして定まる。すなわち、１次側空気圧Ｐｓを有する空気は、「供給口２３２−第１圧力室２６２−空気流路２７０−絞り部２８０−ノズル側圧力室２９０−ノズル３００」の経路を経て、ノズル３００の開口からフラッパ３１０に向けて噴出する。ノズル３００の先端とフラッパ３１０表面との間の初期状態の距離に応じてその噴出状態が定まり、ノズル側圧力室２９０の圧力が定まる。一方、帰還圧力室２９２には、負荷口２３４の圧力、すなわち負荷圧Ｐａが帰還されている。したがって、スプール２４０の両端には、ノズル側圧力室２９０の圧力による押し力と、帰還圧力室２９２の圧力による戻し力とが作用する。その差分だけスプール２４０は押されるが、コイルばね２９４，２９６による復元力も働き、これらのバランスで、スプール２４０の初期の位置が定まる。そこで、コイルばね２９４，２９６等の調整で、中央ランド部２４６が負荷口２３４をちょうど覆うようにする。あるいは、この状態となる駆動モータ３２０の駆動信号をもって初期状態としてもよい。
【００７９】
この初期状態において、第１圧力室２６２は１次側空気圧Ｐｓを有する空気で満たされるが、中央ランド部２４６が負荷口２３４をちょうど覆っているので、負荷口２３４には１次側空気圧Ｐｓを有する空気が流れない。同様に、中央ランド部２４６が負荷口２３４をちょうど覆っているので、負荷口２３４から排気口２３６にむけて負荷圧Ｐａがもれることもない。
【００８０】
つぎに、図示されていない制御回路から駆動信号が駆動モータ３２０に出され、フラッパ３１０を押し出す方向、すなわち図６に示す＋Ｘ方向に駆動力が与えられたとする。この場合、フラッパ３１０とノズル３００との間の距離が狭まるので、ノズル側圧力室２９０の圧力が上がり、スプール２４０を＋Ｘ方向に押す。すなわち、中央ランド部２４６が排気口２３６側に移動するので、第１圧力室２６２が負荷口２３４とつながることになり、１次側空気圧Ｐｓを有する空気が負荷口２３４を通って図示されていない空気ばねに供給される。すなわち負荷口２３４の空気圧が上昇して２次側空気圧である負荷圧Ｐａが上昇する。負荷圧Ｐａが上昇すると、帰還流路２７２を経由して、帰還圧力室２９２の空気圧が上昇する。したがって、帰還力が増大し、スプール２４０を戻す方向、すなわち−Ｘ方向の帰還力が働く。このように、＋Ｘ方向の駆動力に対し、−Ｘ方向の帰還力が働くので、スプール２４０の移動はきわめて少ない量となる。すなわち、少ない移動量で、負荷圧Ｐａの大きな変化を制御できる。
【００８１】
これと逆に、図示されていない制御回路から駆動信号が駆動モータ３２０に出され、スプール２４０を引く方向、すなわち図７に示す−Ｘ方向に駆動力が与えられたとする。この場合、ノズル側圧力室２９０の圧力が下がり、スプール２４０を−Ｘ方向に引き戻す。したがって、中央ランド部２４６が供給口２３２側に移動するので、第２圧力室２６４が負荷口２３４とつながることになり、空気ばね側から負荷圧Ｐａを有する空気が第２圧力室２６４を通って大気側に開放される。すなわち負荷口２３４の空気圧が低下して２次側空気圧である負荷圧Ｐａが低下する。負荷圧Ｐａが低下すると、帰還流路２７２を経由して、帰還圧力室２９２の空気圧が低下し、＋Ｘ方向の帰還力が働く。このように、−Ｘ方向の駆動力に対し、＋Ｘ方向の帰還力が働くので、やはりスプール２４０の移動はきわめて少ない量となる。すなわち、少ない移動量で、負荷圧Ｐａの大きな変化を制御できる。
【００８２】
次に、空気軸受部３０２，３０４，３０６の作用につき説明する。空気軸受部３０２，３０４は、図４で説明したと同様に、空気軸受部３０２，３０４の周辺において、ランド部の表面に、細長い浅溝が設けられ、その浅溝は、高圧側から低圧の大気圧Ｐｏの方に向けて延びるように配置される。したがって、空気は、高圧側から浅溝を通り、より狭い隙間に向かって絞られて低圧側に流れるので、いわゆる表面絞り装置となる。この絞り効果のため、絞り部分で圧力上昇を生じ、各ランド部をスリーブ２３０に対し浮上させる。
【００８３】
空気軸受部３０６は、図９に示すように、排気口側ランド部２４８に設けられるポケット溝３０７は、高圧の１次側空気圧Ｐｓの方から低圧の大気圧Ｐｏの方に向けて延びるように配置される。したがって、空気は、高圧側からポケット溝を通り、より狭い隙間に向かって絞られて低圧側に流れるので、いわゆるポケット絞り装置となる。この絞り効果のため、絞り部分で圧力上昇を生じ、各ランド部をスリーブ２３０に対し浮上させる。
【００８４】
このようにして、空気軸受部３０２，３０４，３０６の作用により、スプール２４０は、スリーブ２３０に対し浮上する。したがって、スプール２４０のスリーブ２３０に対する運動は、滑らかなものとなる。
【００８５】
【発明の効果】
本発明に係る精密気体圧制御弁は、気体圧等を精密に制御することができる。本発明に係る精密気体圧制御弁は、スリーブに対してスプールをより滑らかに移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態の直接駆動型精密空気圧制御弁の断面図である。
【図２】本発明に係る実施の形態において、スプールとスリーブの部分の断面図である。
【図３】本発明に係る実施の形態において、空気軸受部周辺の斜視図である。
【図４】本発明に係る実施の形態において、空気軸受部周辺の断面拡大図である。
【図５】本発明に係る実施の形態における精密空気圧制御弁のブロックダイアグラムである。
【図６】本発明に係る実施の形態におけるノズルフラッパ駆動型精密空気圧制御弁の断面図である。
【図７】本発明に係る実施の形態において、スプールとスリーブの部分の断面図である。
【図８】本発明に係る実施の形態において、他の空気軸受部周辺の斜視図である。
【図９】本発明に係る実施の形態において、他の空気軸受部周辺の断面拡大図である。
【符号の説明】
１０直接駆動型精密空気圧制御弁、３０，２３０スリーブ、３２，２３２供給口、３４，２３４負荷口、３６，２３６排気口、３８カラー部支持材、４０，２４０スプール、４２，２４４供給口側ランド部、４４，２４６中央ランド部、４６，２４８排気口側ランド部、５０カラー部、５４，２５４第１圧力室ステム部、５６，２５６第２圧力室ステム部、６０帰還室ステム部、６２，２６２第１圧力室、６４，２６４第２圧力室、６８，２９２帰還圧力室、７２，２７２帰還流路、７４，２７４，２８０，３０９絞り部、８０スプール駆動モータ、９０サーチコイル、１００，１０２，３０２，３０４，３０６空気軸受部、２１０ノズルフラッパ駆動型精密空気圧制御弁、２７０空気流路、３００ノズル、３０７ポケット溝、３１０フラッパ、３２０駆動モータ。

Claims

間隔をおいて軸方向に配列された複数のランド部と、隣接するランド部を接続するステム部とを含むスプールと、
スプールを軸方向移動可能に支持する内壁を有し、スプールと協働してスプールの隣り合うランド部の間の空間を内壁で囲むことで少なくとも第１圧力室と第２圧力室とを形成するスリーブであって、第１圧力室に対し１次側気体圧を有する気体を供給する供給口と、第２圧力室から気体を排気する排気口と、第１圧力室又は第２圧力室から２次側気体圧を有する気体を取出して出力する負荷口とを含むスリーブと、
スプールに取り付けられる移動復元手段と、
スプールのランド部の外周と、ランド部に対向するスリーブの内壁との間に設けられる気体軸受部と、
スプールに取り付けられ、スプールを軸方向に移動駆動するスプール移動機構と、
を備え、スプール移動機構の駆動に応じ、第１圧力室及び第２圧力室とがスリーブの供給口及び排気口及び負荷口に対し相対的に滑らかに移動することにより、負荷口の２次側気体圧を制御することを特徴とする精密気体圧制御弁。
請求項１に記載の精密気体圧制御弁であって、
スプール移動機構を制御する制御回路と、
スプールに設けられ、スプールの軸方向速度を検出するサーチコイルと、
検出されたスプールの軸方向速度に基づき、スプールの運動に関するダンピング成分を制御回路に帰還する速度帰還回路と、
を備えることを特徴とする精密気体圧制御弁。
請求項１に記載の精密気体圧制御弁は、スプールとスリーブとの協働により形成されて２次側気体圧を有する気体が帰還される帰還圧力室を有し、
スプールは、ランド部にステム部を介して接続され、ランド部の気体圧受面積と異なる気体圧受面積を有するカラー部を含み、
スリーブは、カラー部を軸方向移動可能に支持するカラー支持内壁部を含み、スプールのランド部とカラー部の間の空間を内壁で囲むことで帰還圧力室を形成するスリーブであり、
帰還圧力室に２次側気体圧を有する気体が導かれることで、気体圧受面積の差に対応する２次側気体圧の帰還力がスプールに与えられることを特徴とする精密気体圧制御弁。
間隔をおいて軸方向に配列された複数のランド部と、隣接するランド部を接続するステム部とを含むスプールと、
スプールを軸方向移動可能に支持する内壁を有し、スプールと協働してスプールの隣り合うランド部の間の空間を内壁で囲むことで少なくとも第１圧力室と第２圧力室とを形成するスリーブであって、第１圧力室に対し１次側気体圧を有する気体を供給する供給口と、第２圧力室から気体を排気する排気口と、第１圧力室又は第２圧力室から２次側気体圧を有する気体を取出して出力する負荷口とを含むスリーブと、
スプールに取り付けられる移動復元手段と、
スプールのランド部の外周と、ランド部に対向するスリーブの内壁との間に設けられる気体軸受部と、
駆動機構により軸方向に移動駆動されるフラッパと、フラッパに対し開口部を有するノズルとを含み、ノズルに気体を供給し、フラッパとノズルの開口部との距離に応じて出力される出力気体圧に応じてスプールを軸方向に移動駆動するスプール移動機構と、
を備え、スプール移動機構の駆動に応じ、第１圧力室及び第２圧力室とがスリーブの供給口及び排気口及び負荷口に対し相対的に滑らかに移動することにより、負荷口の２次側気体圧を制御することを特徴とする精密気体圧制御弁。
請求項４に記載の精密気体圧制御弁において、
スリーブは、一端側にスプール移動機構のノズルが設けられ、開口部分を除き気密にスプールをその内部に収納するケース状のスリーブであって、ノズルとスプールの一端側との間にノズルに供給される気体が導入されるノズル側圧力室が形成され、スプールの他端側とスリーブの他端側との間に２次側気体圧を有する気体が導入される帰還圧力室が形成されることを特徴とする精密気体圧制御弁。
請求項５に記載の精密気体圧制御弁において、
ノズル側圧力室には、１次側気体圧に対し絞り機構を経由させた後の気体が供給されることを特徴とする精密気体圧制御弁。
請求項６に記載の精密気体圧制御弁において、
スプールの軸方向に沿いその内部に設けられる気体流路であって、スリーブの供給口に向かい合い１次側気体圧を有する気体を取り込む取込口と、絞り機構を介してスプール移動機構のノズルに向かい合うノズル側開口部と、気体軸受部に対し開口する軸受側開口部とを有する気体流路を含むことを特徴とする精密気体圧制御弁。
請求項７に記載の精密気体圧制御弁において、
軸受側開口部は、気体流路から絞り機構を介した後スリーブに対しポケット状に広がって開口する開口部であることを特徴とする精密気体圧制御弁。