JP2021162089A - 流体サーボバルブ及び流体サーボ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可動板の支持剛性が組立精度や部品精度等の影響を受けにくく、量産時においてバルブ基本特性のばらつきが少ない流体サーボバルブを提供する。【解決手段】供給側流路１２に連絡し、供給ノズル１１を具備する供給側バルブボディ１と、排気側流路２２に連絡し、排気ノズル２１を具備する排気側バルブボディ２と、前記供給ノズル１１及び前記排気ノズル２１の間に設けられた薄肉板状の可動板３と、前記可動板３の少なくとも一部を変形させ、前記供給ノズル１１と前記排気ノズル２１との間で変位させる電磁石４と、前記供給側バルブボディ１と前記排気側バルブボディ２との間に設けられ、前記可動板３の外縁部を厚み方向に押圧挟持する挟持構造Ｐと、を備え、前記挟持構造Ｐが、前記可動板３から所定距離離間した基準面と、前記基準面Ｐ１よりも前記可動板３側へ突出して当該可動板３を押圧する所定値以下の幅寸法を有する環状の押圧面Ｐ２と、を備えた。【選択図】図２

Description

本発明は、一対のノズル間で可動板を変位させることで、流体の圧力又は流量を制御する流体サーボバルブ及び流体サーボバルブを備えた流体サーボ装置に関するものである。

例えば超精密機器等の微振動制御においては、空気圧アクチュエータを用いたアクティブ除振台が用いられている。このようなアクティブ除振台は、超精密機器等が載置されるステージの位置、速度、加速度が各種センサで検出され、各センサの出力信号に基づいて空気圧アクチュエータの内圧が制御される。

また、空気圧アクチュエータの内圧制御のために、流体サーボバルブの電磁石に印加するバルブ駆動電流を変化させ、ノズル間における可動板の位置を変位させることで、圧縮空気の流量が調節される。

本出願人は、バルブ駆動電流に対する制御圧力又は制御流量が従来よりも優れた線形性を有する流体サーボバルブを既に提案している（特許文献１参照）。この流体サーボバルブは、流体を供給する供給ノズルを具備する供給側バルブボディと、供給ノズルと同軸で対向するように設けられた排気ノズルを具備する排気側バルブボディと、前記供給ノズルと前記排気ノズルの間に配置された可動板であり、所定値以下の厚みを有したディスクと、前記排気側バルブボディ内に設けられ、前記ディスクを磁気吸引する電磁石と、を備えたものである。

前記ディスクの外縁部は、前記供給側バルブボディと前記排気側バルブボディの各ノズルの先端側が露出する内側端面に挟まれる。そして、前記供給側バルブボディと排気側バルブボディとの間を複数個のボルトで固定することで、前記ディスクの外縁部は押圧挟持され、理想的には剛体支持される。

ところで、上述したような流体サーボバルブを量産するにあたり、各構成部品について十分な精度管理条件のもとで複数の流体サーボバルブを試作したところ、各流体サーボバルブにおける制御圧力や制御流量といったバルブ基本特性にばらつきが発生していることを本願発明者らは発見した。

この原因について本願発明者らが鋭意検討を行ったところ、以下のような問題があることを見出した。

すなわち、（１）バルブ基本特性のばらつきは、バルブ駆動電流に対するディスク変位特性にばらつきが主要因であること（２）複数のボルトの締結状態や部品加工精度等により、ディスクの外縁部における拘束条件がばらつき、剛体支持ではなく若干弾性支持となっていることで、ディスク変位特性にばらつきが発生していることを本願発明者らは初めて見出した。

特開2016-148373号公報

本発明は上述したような問題に鑑みてなされたものであり、可動板の支持剛性が組立精度や部品精度等の影響を受けにくく、量産時においてバルブ基本特性のばらつきが少ない流体サーボバルブを提供することを目的とする。

すなわち、本発明に係る流体サーボバルブは、供給側流路に連絡し、先端部から流体が吐出される供給ノズルを具備する供給側バルブボディと、排気側流路に連絡し、先端部から流体が吸引される排気ノズルを具備する排気側バルブボディと、前記供給ノズル及び前記排気ノズルのそれぞれの先端部の間に設けられた薄肉板状の可動板と、前記可動板の少なくとも一部を変形させ、前記供給ノズルと前記排気ノズルとの間で変位させる電磁石と、前記供給側バルブボディと前記排気側バルブボディとの間に設けられ、前記可動板の外縁部を厚み方向に押圧挟持する挟持構造と、を備え、前記挟持構造が、前記供給側バルブボディに前記排気側バルブボディが固定された状態において、前記可動板から所定距離離間した基準面と、前記基準面よりも前記可動板側へ突出して当該可動板を押圧する所定値以下の幅寸法を有する環状の押圧面と、を備えたことを特徴とする。

このようなものであれば、前記押圧面によって前記可動板の外縁部において特定の領域を集中して押圧して、前記供給側バルブボディと前記排気側バルブボディの間に前記可動体の外縁部を挟持できる。このため、前記可動板の外縁部に発生する表面応力を従来よりも大きくしやすいので、完全な剛体支持の状態が形成されやすい。したがって、例えばボルト等の拘束状態や各バルブボディの加工精度にばらつきがあったとしても、それらの影響を受けずに前記可動板の外縁部の拘束状態を一定にし、バルブ特性の変動を抑えることができる。この結果、流体サーボバルブの量産時における歩留まりが改善される。

例えば組立誤差や加工誤差等に問題によって仮に前記可動板の外縁部に対して前記基準面が接触し、前記可動板の支持状態が想定された状態からずれていたとしても、前記可動板の剛性には影響が出にくくするには、前記押圧面が、前記基準面よりも内周側に設けられていればよい。

前記押圧面自体が変形することで組立誤差や加工誤差の影響が吸収されて、さらにバルブ特性にばらつきが生じにくくするには、前記可動板の外縁部の弾性係数が、前記押圧面の弾性係数よりも高いものであればよい。

前記押圧面が前記可動板の外縁部を十分に押圧して、剛体支持の状態が実現できる具体的な態様としては、前記押圧面が円環状をなし、半径方向に５ｍｍ以下の幅寸法を有するものが挙げられる。

前記供給側バルブボディと前記排気側バルブボディを組み合わせるだけで前記押圧面が前記可動板の外縁部を均一に押圧して前記可動板が剛体支持されるようにするには、前記押圧挟持構造が、前記供給側バルブボディと前記排気側バルブボディとの間に形成された雄ねじ及び雌ねじからなる螺合部をさらに備えたものであればよい。

前記供給ノズルの先端部と前記可動板間の相対的距離、又は、前記排気ノズルの先端部と前記可動板間の相対的距離を組立時に調節できるようにして、前記供給側バルブボディ又は前記排気側バルブボディの製造誤差等を吸収し、所望の制御圧力や制御流量が得られるようにするには、前記供給側バルブボディと前記排気側バルブボディの間に、前記可動板と重ねて配置される隙間調整用スペーサをさらに備えたものであればよい。

流体サーボバルブ全体をコンパクトに構成し、例えば流体サーボ装置に用いられる場合の集積密度を上げられるようにするには、前記供給側バルブボディ及び前記排気側バルブボディがそれぞれ概略円筒状に形成されたものであればよい。

前記電磁石に印加されるバルブ駆動電流に対する制御流量又は制御圧力の線形性を向上させるには、前記電磁石により発生する磁束のうち、少なくとも前記可動板内を通るように形成された閉ループ磁気回路において、前記閉ループ磁気回路を形成する磁性材料部品の磁気特性が、磁化力に対する磁束密度の特性が概略比例関係にある線形領域と、磁化力に対する磁束密度の傾斜角が前記線形領域と比べて小さく変化する領域を磁気飽和領域とを有し、前記可動板の変位可能範囲で前記電磁石に通電する電流を増大させたときに、前記磁性材料部品を流れる磁束の磁束密度が前記磁気飽和領域に入るように構成されたものであればよい。

例えば、部品形状や寸法を調節することで容易に磁気飽和現象を利用できるようにするには、前記可動板において磁束の磁束密度が前記磁気飽和領域に入るように構成されたものであればよい。

本発明に係る流体サーボバルブと、前記流体サーボバルブに接続される空気圧アクチュエータと、制御対象物の変位又は振動状態を検出するセンサと、前記センサの出力に基づいて前記流体サーボバルブを制御する制御器と、を備えた流体サーボ装置であれば、前記流体サーボバルブは広範囲のバルブ駆動電流に対して流量又は圧力の線形性を実現できるので、（１）動作点を中心に広い制御範囲が得られ、（２）外乱をキャンセルする精度の高いフィードフォワード信号を生成して、高精度の制振制御を実現でき、（３）動作点近傍でのゲイン・位相特性の振幅依存性も小さくできる。

このように本発明に係る流体サーボバルブによれば、前記基準面よりも前記可動板側へ突出し、所定値以下の幅を有した環状の押圧面で前記可動板の外縁部を押圧挟持するので、前記可動板の外縁部に発生する表面応力を集中させ、剛体支持の状態を実現しやすい。この結果、前記可動板の支持状態にばらつきが生じにくくなり、前記可動板の変位特性にもばらつきが発生しにくくなる。この結果、複数の流体サーボバルブにおいてバルブ駆動電流に対する制御圧力や制御流量等のバルブ特性にばらつきが生じにくくなり、量産時における歩留まりを高くすることができる。

本発明の第１実施形態における流体サーボバルブの模式的分解斜視図。 第１実施形態における流体サーボバルブの模式的縦断面図。 第１実施形態における流体サーボバルブの閉ループ磁気回路について示す模式的部分拡大図。 従来の流体サーボバルブと第１実施形態における流体サーボバルブの解析モデルの違いを示す模式図。 従来の流体サーボバルブと第１実施形態における流体サーボバルブの可動板の固定状態に関する解析結果。 本発明の第２実施形態における流体サーボバルブの模式的分解斜視図。 第２実施形態における流体サーボバルブの模式的縦断面図。 本発明の第３実施形態における流体サーボ装置を示す模式図。 第３実施形態の流体サーボ装置における流体サーボバルブの取付状態を示す模式的斜視図。

本発明の第１実施形態における流体サーボバルブ１００について各図を参照しながら説明する。

＜流体サーボバルブ１００の構成＞
この流体サーボバルブ１００は、圧縮空気の流量を制御して、例えばアクティブ除振台に設けられた空気圧アクチュエータの内圧を制御するために用いられる。

図１の分解斜視図に示すように流体サーボバルブ１００は、概略直方体状に形成され、流体サーボバルブ１００の内部に圧縮空気を供給するための供給側流路１２が形成された供給側バルブボディ１と、概略二段円筒状をなし、供給された圧縮空気の一部を外部に排気するための排気側流路２２が形成された排気側バルブボディ２と、供給側バルブボディ１と排気側バルブボディ２との間に挟持される可動板３と、を備えている。

図２の断面図に示すように供給側バルブボディ１は、中心軸に沿って形成された貫通穴である供給側流路１２と、中心軸から所定距離半径方向外側に偏位させて供給側流路１２と並行に貫通させた貫通穴である制御流路１３を具備している。供給側バルブボディ１の内側面には概略薄円盤状の凹部が形成されており、可動板３との間に供給側空隙部１４を形成する。また、供給側流路１２において可動板３と対向する側には供給ノズル１１が設けられている。

一方、排気側バルブボディ２は中心軸に沿って形成された貫通穴である排気側流路２２を備えている。排気側流路２２において排気側バルブボディ２の内面側には排気ノズル２１が可動板３と対向するように設けられている。すなわち、供給ノズル１１及び排気ノズル２１は同軸上に並んで配置されており、各ノズルの先端部の間に可動板３の中心部が配置される。また排気側バルブボディ２は、概略円柱状をなすとともに中心軸に前述した排気ノズル２１及び排気側流路２２が形成された電磁石４と、この電磁石４を内部に収容するとともに、供給側バルブボディ１に対して固定されて可動板３を挟持する概略円筒状の外側カバー２Ｃと、からなる。

ここで、供給ノズル１１及び排気ノズル２１は同じ内径を有しており、これらは対称ノズルを構成している。

図２及び図３に示すように電磁石４は、コイルボビン４１と、コイルボビン４１に巻回されたコイル４２と、コイル４２に対してバルブ駆動電流が印加されることによって発生する磁束の閉ループ磁気回路ＭＣを形成するヨーク４３と、を備えている。コイルボビン４１は非磁性体材料で形成されており、ヨーク４３は磁性体材料で形成されている。

ヨーク４３は、概略円筒状をなし、その外側周面にコイルボビン４１が嵌合される中心軸部４４と、中心軸部４４の基端側から半径方向外側に広がって薄肉円板状をなし、外側カバーとボルトによって固定される底面部４５と、底面部４５の外周から軸方向に延びる概略薄肉円筒状の外周部４６と、外周部４６の先端側から半径方向内側に広がって概略薄肉二段円筒状をなす天面部４７と、からなる。天面部４７と可動板３との間には排気側空隙部２３が形成される。

中心軸部４４は中空円筒状をなしており、内部の空洞によって排気側流路２２が形成される。また、中心軸部４４の先端部には前述した排気ノズル２１が形成されている。さらに、図３（ｂ）に示すように排気ノズル２１の周囲を囲むように３箇所の切り欠きが形成された円環状の突条により第1磁極４８が形成されている。加えて、図３（ａ）に示すように天面部４７は中心部に可動板３側に近接するように突出させた円環状の突条により第２磁極４９が形成されている。すなわち、コイル４２によって発生する磁束は「中心軸部４４内→第1磁極４８→排気側空隙部２３→可動板３→排気側空隙部２３→第２磁極４９→天面部４７→外周部４６→底面部４５→中心軸部４４」の経路を経て、磁束が循環するように閉ループ磁気回路ＭＣが形成される。また、可動板３の材質、又は、その厚みや形状等によって磁束の可動板３内において磁束の磁束密度が磁気飽和を生じるように構成されている。

より具体的には閉ループ磁気回路ＭＣを形成する磁性材料部品の磁気特性は、磁化力に対する磁束密度の特性が概略比例関係にある線形領域と、磁化力に対する磁束密度の傾斜角が線形領域と比べて小さく変化する領域を磁気飽和領域とを有している。閉ループ磁気回路ＭＣの一部を形成する可動板３の厚みや形状は、バルブ駆動電流が所定の範囲である場合に、可動板３において磁化力に対する磁束密度の特性が前述した磁気飽和領域に入るように設定されている。供給ノズル１１と排気ノズル２１との間において可動板３が所定位置よりも電磁石４側に近づいている場合に、バルブ駆動電流の変化に対して可動板３の変位が概略比例して変化するように可動板３では磁気飽和を生じさせている。

可動板３は、図１及び図２に示すように薄肉円板状をなすディスクであって、電磁石４の磁気吸引力によって供給ノズル１１と排気ノズル２１の各先端部の間で変位するように構成されている。より具体的には可動板３は、外縁部は供給側バルブボディ１と排気側バルブボディ２との間に挟まれて固定されおり、固定されていない部分の弾性変形により中央部に最大の変位が発生するように構成されている。

すなわち、可動板３の中央部である変位部３１が電磁石４の磁気吸引力により最大変位する箇所である。また、可動板３の外縁部は供給ノズル１１及び排気ノズル２１に対して位置が固定された被固定部３２である。具体的には被固定部３２は、供給側バルブボディ１と排気側バルブボディ２との間に押圧挟持されている部分であり、可動板３において固定端支持されている部分である。また、変位部３１は供給側と排気側の圧力により生じる力と、電磁石４による磁気吸引力とが作用して膜変形によって変位が生じる部分である。

また、可動板３の面板部には供給側空隙部１４から排気側空隙部２３へと流体である圧縮空気を通過させる流体流通孔３４が４つ形成されており、各流体流通孔３４は可動板３の中心に対して螺旋状に配置されている。

また、流体流通孔３４は外縁側から中央側に進むに従ってスリット幅が小さくなるように形成されている。また、この流体サーボバルブ１００は、電磁石４による磁気吸引力のみで可動板３が駆動される。したがって、供給側バルブボディ１及び排気側バルブボディ内には永久磁石は設けられていない。このため、供給側バルブボディ１、可動板３、排気側バルブボディ２を中心軸に沿って並べた状態で、供給側バルブボディ１及び排気側バルブボディ２との間をボルトによって固定するだけで組み立てることができる。

このように構成された流体サーボバルブ１００は、供給ノズル１１から供給される圧縮空気は、供給側空隙部１４へ流入して、一部は制御流路１３から空気圧アクチェータへ流出する。また供給側空隙部１４に流入した圧縮空気の残りは可動板３の流体流通孔３４を通って排気側空隙部２３へと流入する。排気側空隙部２３内の圧縮空気は排気ノズル２１から吸引され、排気側流路２２をとって外部へと排気される。また、供給ノズル１１と排気ノズル２１との間における可動板３の位置が電磁石４の磁気吸引力で制御されることにより、制御流路１３から空気圧アクチュエータに供給される圧縮空気の流量が制御される。

次に供給側バルブボディ１と排気側バルブボディ２との間に形成され、可動板３の外縁部である被固定部３２を押圧挟持する挟持構造Ｐについて図２を参照しながら説明する。

挟持構造Ｐは、供給側バルブボディ１において供給ノズル１１の先端部が露出している側の端面と、排気側バルブボディ２において排気ノズル２１の先端部が露出している側の端面との間に形成されている。第１実施形態では供給側バルブボディ１の端面はその一部が可動板３に接触し、排気側バルブボディ２の端面はほぼ全域で可動板３と接触する。より具体的には、挟持構造Ｐは、供給側バルブボディ１と排気側バルブボディ２とがボルトによって固定された状態において可動板３から所定距離離間した状態となる円環状（リング状）の基準面Ｐ１と、基準面Ｐ１よりも可動板３側へ突出する円環状の押圧面Ｐ２と備えている。第１実施形態では図２に示すように基準面Ｐ１及び押圧面Ｐ２は供給側バルブボディ１の端面に形成されている。また、押圧面Ｐ２は基準面Ｐ１よりも内周側に形成されており、その半径方向の幅寸法は５ｍｍ以下に設定されている。排気側バルブボディ２に対して供給側バルブボディ１が可動板３を挟んだ状態で固定されると、ボルトの締結力によりこの押圧面Ｐ２が可動板３を排気側バルブボディ２の端面へと押し付け、所定値以上の表面応力が発生するように構成されている。すなわち、可動板３の外縁部は供給側バルブボディ１と排気側バルブボディによって剛体支持され、電磁石４による磁気吸引力が可動板３に加わっても被固定部３２には実質的に変位が発生しない。

＜解析結果＞
次に従来の流体サーボバルブの構成による可動体３の固定状態と、本実施形態の流体サーボバルブ１００の挟持構造Ｐによる可動板３の固定状態に関する応力解析を図４に示す解析モデルに基づいて行った。図４に示すように従来の流体サーボバルブにおける可動板３の固定構造は、本実施形態における押圧面Ｐ２が供給側バルブボディ１の端面全体であり、可動板３から離間した基準面Ｐ１を備えていない。すなわち、図４に示すように本実施形態の押圧面Ｐ２は従来の押圧面Ｐ２と比較して可動板３に接触する面積が大幅に小さくしてある。なお、解析において、可動板３はステンレスの縦弾性係数を設定し、供給側バルブボディ１及び排気側バルブボディ２の外側ケース２Cについてはアルミ合金の縦弾性係数を設定してある。また、ボルト軸力１０５０Nで６箇所締結している場合に統一してある。

図５に可動板３に発生する表面応力の解析結果を示す。本実施形態の構造であれば従来構造と比較して可動板３の外縁部で円環状の押圧面Ｐ２で押圧されている部分に応力を集中して発生させることができている。すなわち、押圧面Ｐ２により可動板３を十分な押圧力で固定し、理想的な剛体支持を実現できていることがわかる。

＜流体サーボバルブ１００の効果＞
このように第１実施形態の流体サーボバルブ１００であれば、限定された幅を有する円環状の押圧面Ｐ２により、可動板３の外縁部に対してボルトの締結力の反力を集中させ、剛体支持の状態を実現できる。この結果、可動板３を挟み込む供給側バルブボディ１及び排気側バルブボディ２の端面の平行度や表面粗度に誤差があったとしても、可動板３の支持剛性にはばらつきが生じにくくなる。

また、可動板３の支持剛性のばらつきが小さいので、可動板３の剛性のばらつきも抑えることができる。したがって、電磁石４に印加されるバルブ駆動電流に対する変位特性にもばらつきが発生しにくくなり、ひいては制御流路１３から出力される圧縮空気の制御圧力及び制御流量のばらつきも小さくできる。

さらに押圧面Ｐ２の縦弾性係数は可動体３の縦弾性係数よりも小さいので、押圧面Ｐ２または排気側バルブボディ２の端面の微小変形が、組立誤差や表面粗度等のバルブ特性に対する誤差要因を吸収できる。

これらの結果、第１実施形態の流体サーボバルブを量産した場合の歩留まりは従来と比較して改善できる。

次に本発明の第２実施形態における流体サーボバルブ１００について図６を参照しながら説明する。なお、第１実施形態において説明した部材と対応する部材には同じ符号を付すこととする。

第２実施形態の流体サーボバルブ１００は、第１実施形態と比較して供給側バルブボディ１及び排気側バルブボディ２の形状が異なっているとともに、挟持構造Ｐの構成も異なっている。

＜流体サーボバルブ１００の構成＞
第２実施形態では、図６に示すように供給側バルブボディ１及び排気側バルブボディ２の外形は概略円筒形状に構成されている。さらに排気側バルブボディ２に対する供給側バルブボディ１の固定はボルト固定ではなく、供給側バルブボディ１と排気側バルブボディ２のそれぞれに形成された雄ねじ及び雌ねじによるねじ固定となる。すなわち、供給側バルブボディ１は、概略有底円筒状に形成されており、その先端開口側の内周面には雌ねじが形成されている。また、供給側バルブボディ１の開口内部にはシムリングＳと可動板３が収容される。一方、排気側バルブボディ２は、概略円筒状に形成されており、排気ノズル２１の先端部が露出している側の外側周面には雄ねじが形成されている。供給側バルブボディ１に対して排気側バルブボディ２を螺合させると、流体サーボバルブ１は一本の円筒状をなすように構成されている。

第２実施形態の挟持構造Ｐについて図７を参照しながら詳述する。第２実施形態の挟持構造Ｐは、排気側バルブボディ２に形成された基準面Ｐ１と押圧面Ｐ２を備えているとともに、供給側バルブボディ１と排気側バルブボディの間に形成された雄ねじ及び雌ねじからなる螺合部ＳＣをさらに備えている。

第２実施形態では基準面Ｐ１は円筒状の排気側バルブボディ２の軸方向中央部に形成された外側端面として形成されており、この基準面Ｐ１よりも先端側に形成された半径方向に所定幅を有する円環状の押圧面Ｐ２を備えている。具体的には排気側バルブボディ２に形成されている雄ねじに対して基端側から半径方向外側に広がるように基準面Ｐ１が形成されており、雄ねじの先端面に押圧面Ｐ２が形成されている。

また供給側バルブボディにおいて、雌ねじの基端側から半径方向内側にリング状に広がる段が形成されている。この段に対して隙間調整用スペーサであるシムリングＳ及び可動板３の外縁部が載置される。

シムリングＳは精密機器の隙間調整等に用いられているリング型スペーサである。このシムリングＳは、複数の厚みを有するものが予め用意されている。シムリングＳの厚みを適宜選択することにより、組立最終段階で、供給ノズル１１先端部と可動板３の中央部３１間の相対的距離、及び、排気ノズル２１の先端部と可動板３の中央部３１間の相対的距離を微調節することができる。なお、シムリングＳにより、前述した相対的距離のいずれか一方のみを調整するようにしてもよい。

＜シムリングＳによる隙間調整＞
排気側バルブボディ２が供給側バルブボディ１に組み付けられる前の単品の状態において、可動板３の被固定部３２と接触する面であるリング状に突出する押圧面Ｐ２を基準とする排気ノズル２１の先端部の軸方向に対する位置は精密に実測可能である。これは排気バルブボディ２において内側面に押圧面Ｐ２及び排気ノズル２１がそれぞれ設けられているからである。また、同様に供給側バルブボディ１が単品の状態において、シムリングＳが装着される面であるリング状の支持面ＳＳを基準とする供給ノズル１１の先端部の軸方向の位置は精密に実測可能である。これらの得られた実測値に基づいて、シムリングＳの厚みを調整することで、可動板３の中央部３１と供給側ノズル１１の先端部との離間距離と、可動板３の中央部３１との排気側ノズル２１の先端部との離間距離が調節される。

＜流体サーボバルブ１００の効果＞
このように構成された第２実施形態の流体サーボバルブ１００であれば、供給側バルブボディ１内にシムリングＳ及び可動板３を収容した状態で、供給側バルブボディ１に排気側バルブボディ２を螺合させていくことで、雄ねじの先端面に形成された押圧面Ｐ２で均一に押圧挟持できる。したがって、第１実施形態のように複数のボルトで供給側バルブボディ１と排気側バルブボディ２とを固定している場合と比較して、押圧面Ｐ２に加わる力を組立作業者の技量によらず均一にしやすい。

また、供給側バルブボディ１内に排気側バルブボディ２が完全に螺合し終えるまで排気側バルブボディ２を回すだけで、予め定めた規定の表面応力が発生させ、可動体３が完全に剛体支持されている状態を作れる。

このため、第１実施形態よりもさらに可動板３の支持状態のばらつきを低減でき、制御流路１３から出力される制御流量や制御圧力のバルブ駆動電流に対するばらつきもなくすことができる。

次に第３実施形態の流体サーボ装置２００について説明する。図８に示すように前述した第２実施形態において説明した流体サーボバルブ１００を用いて流体サーボ装置２００であるアクティブ除振台を構成してもよい。具体的にアクティブ除振台は、除振又は制振の対象となる搭載物が載せられるテーブルＳＴと、テーブルＳＴの脚部に設けられ、流体サーボバルブ１００に接続される空気圧アクチュエータＡＳと、制御対象物であるテーブルＳＴの変位又は振動状態を検出するセンサＳＮと、センサＳＮの出力に基づいて流体サーボバルブ１００を制御する制御器ＣＮと、を備えている。

また、テーブルＳＴの位置、速度、加速度は、テーブルＳＴや基礎に対して設けられた複数のセンサＳＮによって検出され、それらの出力信号は制御器ＣＮへと入力される。制御器ＣＮは例えばコンピュータを利用してその機能が実現されるものであり、入力される各センサＳＮの出力に基づいて例えば基礎の振動等の外乱影響がキャンセルされるように流体サーボバルブ１００をフィードフォワード制御によって制御する。すなわち、制御器ＣＮは圧縮空気の供給源と接続された流体サーボバルブ１００から制御流路１３を介して空気圧アクチュエータＡＳに供給される圧縮空気の圧力又は流量を制御する。

このような流体サーボ装置２００であれば、流体サーボバルブ１００が広範囲のバルブ駆動電流に対して出力される流体の圧力又は流量が線形性を有しているので、テーブルＳＴに対する各種外乱をキャンセルできるように高精度のフィードフォワード制御を実現できる。また、第２実施形態の流体サーボバルブ１００は円筒形状をなし、コンパクトに構成できるので、図９の斜視図に示すように空気圧アクチュエータＡＳの側面部に対して集積して複数個設ける事が可能となる。すなわち、図９に示すように５つの流体サーボバルブ１００を設けて、制御流量を大流量化したり、制御の自由度を高めたりすることができる。

その他の実施形態について説明する。流体サーボバルブは、供給側バルブボディに電磁石が設けられていてもかまわない。このような場合には、可動板に対して電磁石とは反対側に設けられている排気ノズルの有効断面積を供給側ノズルの有効断面積よりも大きくすればよい。すなわち、可動板を基準として電磁石から離れている側のノズルの有効断面積を他方のノズルの有効断面積よりも大きくすることで、可動板が電磁石から動作点よりも離れた位置に変位している状態で変位を線形化できる。

可動板は薄肉円板状のディスク、薄肉直方体状の板部材に限られるものではなく、様々な形状であってもよい。また、本発明に係る流体サーボバルブは、閉ループ磁気回路において、磁気飽和現象が発生しないように構成してもよい。

挟持構造における押圧面は所定幅を有した環状に形成された面であればよい。すなわち円環状に限られるものではなく、角丸四角環状等出会っても構わない。

本発明に係る流体サーボバルブは、空気圧アクチュエータを制御するために用いられるものに限られない。その他の流体の圧力や流量の制御を必要とする用途に用いても構わない。

本発明に係る流体サーボ装置は、アクティブ除振台に限られるものではなく、例えばフィードバック制御のみが行われるパッシブ除振台やその他の装置であっても構わない。

その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な変形を行ったり、各実施形態の一部同士を組み合わせたりしても構わない。

２００・・・流体サーボ装置
１００・・・流体サーボバルブ
１１ ・・・供給ノズル
２１ ・・・排気ノズル
３ ・・・可動板
４ ・・・電磁石

Claims (10)

1. 供給側流路に連絡し、先端部から流体が吐出される供給ノズルを具備する供給側バルブボディと、
   排気側流路に連絡し、先端部から流体が吸引される排気ノズルを具備する排気側バルブボディと、
   前記供給ノズル及び前記排気ノズルのそれぞれの先端部の間に設けられた薄肉板状の可動板と、
   前記可動板の少なくとも一部を変形させ、前記供給ノズルと前記排気ノズルとの間で変位させる電磁石と、
   前記供給側バルブボディと前記排気側バルブボディとの間に設けられ、前記可動板の外縁部を厚み方向に押圧挟持する挟持構造と、を備え、
   前記挟持構造が、
   前記供給側バルブボディに前記排気側バルブボディが固定された状態において、前記可動板から所定距離離間した基準面と、
   前記基準面よりも前記可動板側へ突出して当該可動板を押圧する所定値以下の幅寸法を有する環状の押圧面と、を備えたことを特徴とする流体サーボバルブ。
2. 前記押圧面が、前記基準面よりも内周側に設けられている請求項１記載の流体サーボバルブ。
3. 前記可動板の外縁部の弾性係数が、前記押圧面の弾性係数よりも高い請求項１又は２記載の流体サーボバルブ。
4. 前記押圧面が円環状をなし、半径方向に５ｍｍ以下の幅寸法を有する請求項１乃至３いずれかに記載の流体サーボバルブ。
5. 前記押圧挟持構造が、
   前記供給側バルブボディと前記排気側バルブボディとの間に形成された螺合部をさらに備えた請求項１乃至４いずれかに記載の流体サーボバルブ。
6. 前記供給側バルブボディ及び前記排気側バルブボディがそれぞれ概略円筒状に形成された請求項１乃至５いずれかに記載の流体サーボバルブ。
7. 前記供給側バルブボディと前記排気側バルブボディの間に、前記可動板と重ねて配置される隙間調整用スペーサをさらに備えた請求項６に記載の流体サーボバルブ。
8. 前記電磁石により発生する磁束のうち、少なくとも前記可動板内を通るように形成された閉ループ磁気回路において、
   前記閉ループ磁気回路を形成する磁性材料部品の磁気特性が、磁化力に対する磁束密度の特性が概略比例関係にある線形領域と、磁化力に対する磁束密度の傾斜角が前記線形領域と比べて小さく変化する領域を磁気飽和領域とを有し、
   前記可動板の変位可能範囲で前記電磁石に通電する電流を増大させたときに、前記磁性材料部品を流れる磁束の磁束密度が前記磁気飽和領域に入るように構成された請求項１乃至７いずれかに記載の流体サーボバルブ。
9. 前記可動板において磁束の磁束密度が前記磁気飽和領域に入るように構成された請求項８記載の流体サーボバルブ。
10. 請求項１乃至９いずれかに記載の流体サーボバルブと、
    前記流体サーボバルブに接続される空気圧アクチュエータと、
    制御対象物の変位又は振動状態を検出するセンサと、
    前記センサの出力に基づいて前記流体サーボバルブを制御する制御器と、を備えた流体サーボ装置。

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