JP2584822Y2 - サーボモータ駆動方式の流量調整装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、サーボモータを回転駆
動して油圧バルブの開度を調整しつつ流量調整を行うサ
ーボモータ駆動方式の流量調整装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】サーボモータ駆動方式の流量調整装置の
一例を図５に示す。同図において、油圧バルブ２０は、
ばねの付勢力で弁座とポペットとが閉塞される構造とさ
れ、サーボモータ１の回転駆動により開度調整機構１０
を働かせかつばねの付勢力に抗してポペットを移動させ
て開度を調整するものと形成されている。

【０００３】この開度調整機構１０は、例えばサーボモ
ータ１で回転されるナット部材と，このナット部材に螺
合するねじ部を有するスピンドル１３Ｐとを含み、スピ
ンドル１３Ｐを移動させてスプールに一体的に形成され
たポペットをばねの付勢力に抗して移動するものと形成
されているのが一般的である。

【０００４】かくして、サーボモータ１を回転駆動する
ことによって、油圧バルブ２０の開度に応じた流量Ｑを
シリンダ装置１００へ供給することができる。このシリ
ンダ装置１００は、例えばプレス用トランスファ機構の
駆動源とされ、流量調整装置（１，１０，２０等）の負
荷を形成する。シリンダ装置１００のピストンは供給さ
れる油流量Ｑに応じた位置に移動し、トランスファ機構
を所定のモーションで駆動する。このピストンの位置
は、リニアエンコーダ５０で検出されピストン位置信号
ＰＳＮとして制御ユニット３０Ｐにフィードバックされ
る。

【０００５】制御ユニット３０Ｐは、ドライバコントロ
ーラ４０Ｐに制御信号ＣＮＴを出力してサーボモータ１
を回転駆動する。この際、サーボモータ１に連結された
エンコーダ８でモータ位置（回転角度位置）を検出し、
これによるモータ位置信号θをドライバコントローラ４
０Ｐにフィードバックするとともに、制御ユニット３０
Ｐにもフィードバックする。モータ位置信号θをドライ
バコントローラ４０Ｐを介して制御ユニット３０Ｐへフ
ィードバックしているのは、信号変換便宜のためであ
る。

【０００６】すなわち、制御ユニット３０Ｐは、モータ
位置信号θおよびピストン位置信号ＰＳＮをフィードバ
ック信号とする位置制御系を形成し、ドライバコントロ
ーラ４０Ｐはモータ位置信号θをフィードバック信号と
してマイナーループたる速度制御系を形成する。

【０００７】ところで、油圧バルブ２０の開度−流量特
性は、バルブ（２０）が開き始める位置（原点）を基準
として規定される。このために、エンコーダ８がインク
レメント方式であるかアブソリュート方式であるかに拘
わらず原点検出装置を設け、原点検出時にエンコーダ８
から出力されるモータ位置信号θを基準モータ位置信号
として取込んでいる。つまり、エンコーダ８で検出する
モータ位置信号θの基準と油圧モータ２０の原点とを合
致させている。

【０００８】ここに従来の原点検出装置は、図５に示す
如く、油圧バルブ２０が開き始めたときのスピンドル１
３Ｐの位置を検出可能に取付けられた位置検出器９から
形成されている。あるいはサーボモータ１の回転軸２に
関与して原点を検出するものとされている。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】しかし、上記従来構造
の原点検出装置によると、位置検出器９を原点検出位置
に正確に取付けるためには多大な労力・時間を必要とす
るばかりか、温度変化や経時的変化があると開度調整機
構１０および油圧バルブ２０の構造上原点が微小変動し
てしまうので、油圧バルブ２０の実際の原点と先に取込
んだ基準モータ位置信号との間にミスマッチが生じる。
したがって、高精度で高分解能かつ最適な流量調整がで
きなくなる。また、開度調整機構１０や油圧バルブ２０
の構造によっては、位置検出器９の取付部材を付設した
りさらには位置検出器９の型式（例えば、リミットスイ
ッチ式，光電検出式，静電検出式等）が制限されてしま
うので、コスト高となる問題がある。図５の場合は、リ
ミットスイッチ式を示す。

【００１０】本考案の目的は、温度変化や経時的変化に
より油圧バルブの原点が変動したとしても当該原点を正
確かつ迅速に自動検出できる原点検出装置を備え、もっ
て最適で高精度の流量調整を行える取扱簡単で低コスト
のサーボモータ駆動方式の流量調整装置を提供すること
にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】温度変化や経時的変化に
よって開度調整機構，油圧バルブの機械的な伸縮等が生
じたとしても油圧バルブの閉塞状態はばねの付勢力で確
実に保持されていること、つまりこのばねの付勢力に抗
する外力を付加しなければ油圧バルブは開き始めないこ
と、並びにサーボモータは定格回転速度までのトルク特
性は一定であるが定格トルクの２〜３倍の外乱トルク変
動に対しても瞬時的かつ急峻に応答できることに着目
し、本考案は油圧バルブの原点をばねの抗力が作用し始
めるときと定義しかつこれをサーボモータの発生トルク
から自動検出するように構成した原点検出装置を具備し
たものである。

【００１２】すなわち、本考案に係るサーボモータ駆動
方式の流量調整装置は、ばねの付勢力で閉塞する油圧バ
ルブと，サーボモータの回転駆動によりばねの付勢力に
抗して油圧バルブの開度を調整する開度調整機構と，サ
ーボモータを回転駆動制御する制御ユニットと，油圧バ
ルブが開き始める原点を検出する原点検出装置とを含
み，検出された原点を基準としかつサーボモータを回転
駆動制御して流量調整するように形成されたサーボモー
タ駆動方式の流量調整装置において、前記原点検出装置
を、前記サーボモータを加減速トルクが発生しない範囲
内の低速でかつ一定速度で回転駆動する低定速回転駆動
制御手段と，低定速回転駆動中の前記サーボモータの発
生トルクを検出するトルク検出手段と，検出されたトル
クを監視しつつ前記ばねの抗力に基づく検出トルクの急
増変化から前記原点を検出する検出手段とから構成し
た、ことを特徴とする。

【００１３】

【作用】上記構成による本考案では、原点検出指令によ
り低定速回転駆動制御手段はサーボモータを低速かつ一
定速度で回転駆動する。ホームポジションにあるサーボ
モータは、起動時の大きな加速トルクを発生するがそれ
以後は加減速トルクが発生しない一定トルクでスムース
に回転駆動される。すると、開度調整機構が油圧バルブ
を開く方向に作動する。この低定速回転中にトルク検出
手段は例えば一定サイクル毎にサーボモータの発生トル
クを検出し、検出されたトルクは記憶される。

【００１４】サーボモータの回転に伴う開度調整機構の
働きにより油圧バルブが開き始める瞬間にばねの抗力が
掛るから、発生トルクは急増変化する。ここに、原点検
出手段は検出されたトルクを監視しつつ急増変化から油
圧バルブの原点を検出する。すなわち、油圧バルブの原
点を迅速かつ正確に検出できる。かくして、このように
して検出された原点をもとに基準モータ位置が取込まれ
る。よって、検出された原点を基準としてサーボモータ
を回転駆動しつつ最適で高精度な流量調整ができる。

【００１５】

【実施例】本考案の実施例を図面に基いて説明する。本
流量調整装置は、図１，図２に示す如く、基本的構成が
従来例（図５）と同じとされているが、原点検出装置を
図１に示すように低定速回転駆動制御手段（３１，３
２，３４，４０）と，トルク検出手段（４０，３５，３
１，３２）と，原点検出手段（３１，３２）とから構成
し、従来の外部付加的な位置検出器９等を一掃しかつ油
圧バルブ２０の開き始める原点を正確かつ迅速に自動検
出できるように形成されている。

【００１６】また、モータ位置検出手段（８，４０，３
６，３１，３２）と基準モータ位置記憶制御手段（３
１，３２）とを設け、原点検出時におけるモータ位置
（θｉ）を基準モータ位置（θｓ）として自動記憶する
ものと形成されている。

【００１７】まず、サーボモータ１と開度調整機構１０
と油圧バルブ２０との構造とその関係を図２を用いて説
明する。サーボモータ１は交流型で、ベース３を介しか
つボルトを用いて機枠（図示省略）に固着されている。
また、回転軸２には図１に示すアブソリュート方式のエ
ンコーダ８が連結され回転角度位置すなわちモータ位置
θｉを検出するものとされている。このサーボモータ１
と油圧バルブ２０とは、円筒体４，５を介してボルト連
結され、かつ円筒体５内に開度調整機構１０が装着され
ている。

【００１８】油圧バルブ２は、弁体２１，２９とスプー
ル２２とポート部材２５とばね２８とから形成されてい
る。ポペット（弁部）２３が一体的に形成されたスプー
ル２２は、弁体２１，２９に図２で上下方向に摺動自在
に嵌挿され、蓋部材２９Ｃとの間に介装されたばね２８
で上方に向けて常時付勢されている。

【００１９】したがって、ポペット２３が上部側の弁体
２１の下方に設けられた弁座２１Ｖに押圧されるので、
スプール２２の上方向位置が拘束される。すなわち、油
圧バルブ２０は、ばね２８の付勢力で常時閉塞となる。
かくして、油圧バルブ２０を開くには，スプール２２に
上方からの外力を付加しなければならない。なお、ポー
ト部材２５には、入口ポート２６と出口ポート２７とが
設けられ、油圧バルブ２０（２３、２１Ｖ）の開度に応
じた油流量Ｑが出口ポート２７から出力される。

【００２０】開度調整機構１０は、上部がサーボモータ
１の回転軸２に連結されるとともに全体としてベアリン
グ２６を介して円筒体５に回転自在かつ上下移動不可能
に装着された回転体１１と，この回転体１１に固着され
たナット部材１２と，このナット部材１２の雌ねじ（図
示省略）に螺合されるねじ部１３Ｓを有するスピンドル
１３とから形成されている。サーボモータ１を回転駆動
すると、スピンドル１３がリニアガイド７に案内され下
降するから、スプール２２にばね２８の付勢力に抗する
下向きの外力を付加して油圧バルブ２０を開放すること
ができ、その移動量によってバルブ開度を調整すること
ができる。

【００２１】なお、サーボモータ１がホームポジション
にあるときは、スピンドル１３の下端面とスプール２２
の上端面との間に図２に示す隙間Ｃが形成される。ホー
ムポジションとは、エンコーダ８で検出される回転角度
位置つまりモータ位置（θｉ）が予め決められた初期位
置（θｏ）となる状態である。静止時におけるサーボモ
ータ１は、このホームポジションに待機するように形成
してある。

【００２２】サーボモータ１のドライバコントローラ４
０は，図１に示す如く、制御ユニット３０からの制御信
号ＣＮＴを入力としかつエンコーダ８からのモータ位置
信号θをフィードバック信号として、サーボモータ１を
回転駆動する。なお、モータ位置信号θは、制御ユニッ
ト３０に好適な信号に変換して制御ユニット３０へ出力
される。

【００２３】制御ユニット３０は、ＣＰＵ３１と，各種
プログラムや固定データを格納させたＲＯＭ３２と，各
種データを一時記憶するＲＡＭ３３と，Ｄ／Ａコンバー
タ３４と，Ａ／Ｄコンバータ３５と，モータ位置信号θ
を受信するインターフェイス（Ｉ／Ｆ）３６と，リニア
エンコーダ５０からのピストン位置信号ＰＳＮを受信す
るインターフェイス（Ｉ／Ｆ）３７とを含み、モータ位
置信号θとピストン位置信号ＰＳＮとをフィードバック
信号としかつ予め設定されたモーションプログラムに基
き制御信号ＣＮＴを出力しつつ油圧バルブ２０の流量調
整を行う。

【００２４】ここにおいて、原点検出装置を形成する低
定速回転駆動制御手段は、サーボモータ１を加減速トル
クが発生しない範囲内の低速でかつ一定速度で回転駆動
する手段で、この実施例では、ＣＰＵ３１と，低定速回
転プログラムを格納させたＲＯＭ３２と，Ｄ／Ａコンバ
ータ３４と，ドライバコントローラ４０とから形成さ
れ、図３のＳＴ１０で実行される。

【００２５】すなわち、低定速回転駆動制御手段（３
１，３２，３４，４０）は、ナット部材１２を一定の回
転速度で回転駆動する。つまり、スピンドル１３を一定
の速度で図２の下方側へスムースに移動させるようにサ
ーボモータ１を回転駆動する。この低定速回転中におけ
るサーボモータ１の発生トルクは、図４に示すＴｑｆで
ある。

【００２６】次に、トルク検出手段は、低定速回転中に
おけるサーボモータ１の発生トルクを検出する手段で、
ドライバコントローラ４０とＡ／Ｄコンバータ３５とト
ルク検出プログラムを格納させたＲＯＭ３２とＣＰＵ３
１とから形成され、図３のＳＴ１１で実行される。すな
わち、発生トルク（Ｔｑｉ）をサーボモータ１の負荷電
流として検出し、検出された発生トルク（Ｔｑｉ）はＣ
ＰＵ３１によってＲＡＭ３３のワークエリアに記憶する
ものとしている。

【００２７】また、モータ位置検出手段は、サーボモー
タ１の上記ホームポジションからの回転角度位置（モー
タ位置）を検出するもので、エンコーダ８とドライバコ
ントローラ４０とインターフェイス３６と位置検出プロ
グラムを格納させたＲＯＭ３２とＣＰＵ３１とから形成
され、図３のＳＴ１２で実行される。検出されたモータ
位置（θｉ）もＲＡＭ３３のワークエリアに記憶され
る。

【００２８】なお、トルク検出手段とモータ位置検出手
段とは、予め設定記憶された一定サイクル（例えば、１
ｍｓｅｃ）ごとに繰返して実行される（ＳＴ１１，１
２）。

【００２９】ここにおいて、原点検出手段は、トルク検
出手段（３１，３２，３５，４０）で検出されたトルク
（Ｔｑｉ）を監視しつつばね２８の抗力に基づく検出ト
ルク（Ｔｑｉ）の急増変化から油圧バルブ２０の原点を
検出する手段で、ＣＰＵ３１と原点検出プログラムを格
納させたＲＯＭ３２とから形成され、図３のＳＴ１３，
１４で実行される。

【００３０】すなわち、この原点検出手段（３１，３
２）は、図４に示す時刻ｔ１以降に検出されたトルクＴ
ｑｉを監視して検出動作すればよいので、この実施例で
はサーボモータ１の起動時に急増変化する加速トルクＴ
ｑｒは除外（ＳＴ１４のＮＯ）する方法により、図４の
時刻ｔ２に示すところのばね２８の抗力による急増変化
ポイントを判断して原点を検出するように構築してあ
る。なお、ＳＴ１４は、サーボモータ１の回転駆動開始
時点からの経過時間（Ｔｉ）が、起動開始時の加速トル
クＴｑｒが無くなる時期として予めセットされた設定時
間（Ｔｓ）を越えた場合（Ｔｉ≧Ｔｓ）に、ＹＥＳ判断
するものと形成してある。

【００３１】また、基準モータ位置記憶制御手段は、記
憶制御プログラムを格納させたＲＯＭ３２とこれを実行
させるＣＰＵ３１とから形成され、原点検出時点におけ
るサーボモータ１のモータ位置θｉを基準モータ位置
（θｓ）として取込んで記憶する手段で、図３のＳＴ１
５で実行される。取込まれた基準モータ位置は、ＲＡＭ
３３の一部記憶エリアに形成された基準モータ位置記憶
エリア３３Ｍに書込記憶される。

【００３２】なお、ＣＰＵ３１は、この基準モータ位置
の記憶が終了すると、サーボモータ１を停止（ＳＴ１
６）させ、かつ逆回転駆動させてサーボモータ１を上記
ホームポジションへ戻す（ＳＴ１７）。

【００３３】次に、この実施例の作用を説明する。原点
検出指令が入力されると、低定速回転駆動制御手段（３
１，３２）を形成するＣＰＵ３１は、制御信号ＣＮＴを
ドライバコントローラ４０に出力してサーボモータ１を
回転駆動する（ＳＴ１０）。すると、サーボモータ１は
起動時に加速トルクＴｑｒを発生するが、図４に示す時
刻ｔ１以降はスピンドル１３を低速でかつ一定速度で下
降させるに必要な低トルクＴｑｆで一定回転する。な
お、加速トルクＴｑｒについては、原点検出に関しては
図３のＳＴ１４のＮＯ判断により除外される。

【００３４】さて、サーボモータ１が低定速回転駆動さ
れると、開度調整機構１０を形成するスピンドル１３が
図２に示す隙間Ｃを小さくする方向へ一定速度で降下移
動する。この間にトルク検出手段（３１，３２，３５，
４０）が、発生トルクＴｑｆｉを検出しそれをＲＡＭ３
３のワークエリアに記憶する（ＳＴ１１）とともに、モ
ータ位置検出手段（８，４０，３６，３１，３２）は、
モータ位置θｉを検出しかつＲＡＭ３３のワークエリア
に記憶する（ＳＴ１２）。これは、一定サイクル（例え
ば、１ｍｓｅｃ）ごとに繰返して実行される。

【００３５】ここに、原点検出手段（３１，３２）は、
検出されたトルクＴｑｆｉを監視して、すなわち前回検
出トルクＴｑｆｉ−１と今回検出トルクＴｑｆｉとを比
較して、トルクが急増したか否かを検出する（ＳＴ１
３）。図２に示すスピンドル１３の下端面とスプール２
２の上端面との間の隙間Ｃが存在している場合には一定
のトルクＴｑｆであるが、隙間Ｃが零となるとばね２８
の抗力がスピンドル１３に付加されるのでトルクＴｑｆ
は急増変化する。すなわち、ポペット２３が弁座２１Ｖ
から離れて油圧バルブ２０が開き始める瞬間にその原点
を検出することができる（ＳＴ１３のＹＥＳ，ＳＴ１４
のＹＥＳ）。

【００３６】すると、基準モータ位置記憶制御手段（３
１，３２）が働き、原点検出時点におけるモータ位置θ
ｉを基準モータ位置（θｓ）としてＲＡＭ３３内の基準
モータ位置記憶エリア３３Ｍに記憶する（ＳＴ１５）。
かくして、エンコーダ８で検出されるモータ位置信号θ
ｉの基準を油圧バルブ２０の原点に合せることができ
る。

【００３７】しかる後に、ＣＰＵ３１はサーボモータ１
を停止（ＳＴ１６）させ、かつ逆回転させてホームポジ
ションへ戻す（ＳＴ１７）。かくして、その後の油圧バ
ルブ２０の開度調整は、エンコーダ８からのモータ位置
信号θｉを基準モータ位置θｓを基準とする信号に補正
してサーボモータ１を図４に示す通常トルクＴｑｎで回
転駆動しつつ行われる。したがって、高精度で最適な流
量調整が保障される。

【００３８】しかして、この実施例によれば、原点検出
装置が低定速回転駆動制御手段（３１，３２，３４，４
０）とトルク検出手段（３１，３２，３５，４０）と原
点検出手段（３１，３２）とから構成され、サーボモー
タ１を加減速トルクが発生しない範囲内の低速でかつ一
定速度で回転駆動しつつばね２８の抗力に基づくサーボ
モータ１の発生トルクＴｑｉの急増変化から油圧バルブ
２０の開き始める原点を検出するものと形成されている
ので、従来の位置検出器９を一掃できかつ温度変化や経
時的変化の有無に拘わらず油圧バルブ２０の原点を正確
かつ迅速に自動検出できる。よって、この原点を基準と
して常に安定した高精度で高分解能かつ最適な流量調整
ができるとともにコスト低減が図れかつ取扱いも極めて
簡単である。

【００３９】また、トルク検出手段がドライバコントロ
ーラ４０を介してサーボモータ１に流れる負荷電流から
発生トルクＴｑｉを検出するように形成されているの
で、原点をより正確に検出でき一段とコスト低減が図れ
る。

【００４０】また、低定速回転駆動制御手段，トルク検
出手段，原点検出手段が、本来的に具備する制御ユニッ
ト３０とドライバコントローラ４０との構成要素を巧に
利用して構築されているので、装置大型化等の不利益を
招くことなく容易に具現化できるとともに、従来位置検
出器９を採用した場合の煩雑な取付調整作業等を一掃で
きる。

【００４１】また、原点検出手段（３１，３２）がサー
ボモータ１の起動時における加速トルクＴｑｒについて
は除外（ＳＴ１４のＮＯ）するものと形成されているの
で、取扱いが非常に簡単である。

【００４２】

【考案の効果】本考案によれば、原点検出装置が低定速
回転駆動制御手段とトルク検出手段と原点検出手段とか
ら構成され、サーボモータを加減速トルクが発生しない
範囲内の低速でかつ一定速度で回転駆動しつつばねの抗
力に基づくサーボモータの発生トルクの急増変化から油
圧バルブの開き始める原点を検出するものと形成されて
いるので、従来の位置検出器を一掃できかつ温度変化や
経時的変化の有無に拘わらず油圧バルブの原点を正確か
つ迅速に自動検出できる。よって、この原点を基準とし
て常に安定した高精度で高分解能かつ最適な流量調整が
できるとともにコスト低減が図れかつ取扱いも極めて簡
単である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例を示す全体構成図である。

【図２】同じく、油圧バルブを説明するための縦断面図
である。

【図３】同じく、動作を説明するためのフローチャート
である。

【図４】同じく、トルク急増変化と原点検出動作とを説
明するための図である。

【図５】従来例とその問題点を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１ サーボモータ（流量調整装置） ２ 回転軸 ４，５ 円筒体 ６ ベアリング ８ エンコーダ １０ 開度調整機構（流量調整装置） １１ 回転体 １２ ナット部材 １３ スピンドル １３Ｓ ねじ部 ２０ 油圧バルブ ２１ 弁体 ２２ スプール ２３ ポペット ２４ スプールの下端部 ２５ ポート部材 ２６ 入口ポート ２７ 出口ポート ２８ ばね ２９Ｃ 蓋部材 ３０ 制御ユニット（流量調整装置） ３１ ＣＰＵ（低定速回転駆動制御手段，トルク検出
手段，原点検出手段） ３２ ＲＯＭ（低定速回転駆動制御手段，トルク検出
手段，原点検出手段） ３３ ＲＡＭ ３３Ｍ 記憶エリア ３４ Ｄ／Ａコンバータ（低定速回転駆動制御手段） ３５ Ａ／Ｄコンバータ（トルク検出手段） ３６ インターフェース ３７ インターフェース ４０ ドライバコントローラ（低定速回転駆動制御手
段，トルク検出手段） ５０ リニアエンコーダ １００ シリンダ装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−357379（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−296270（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−98076（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−180177（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−137681（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F16K 31/04

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ばねの付勢力で閉塞する油圧バルブと，
   サーボモータの回転駆動によりばねの付勢力に抗して油
   圧バルブの開度を調整する開度調整機構と，サーボモー
   タを回転駆動制御する制御ユニットと，油圧バルブが開
   き始める原点を検出する原点検出装置とを含み，検出さ
   れた原点を基準としかつサーボモータを回転駆動制御し
   て流量調整するように形成されたサーボモータ駆動方式
   の流量調整装置において、 前記原点検出装置を、前記サーボモータを加減速トルク
   が発生しない範囲内の低速でかつ一定速度で回転駆動す
   る低定速回転駆動制御手段と，低定速回転駆動中の前記
   サーボモータの発生トルクを検出するトルク検出手段
   と，検出されたトルクを監視しつつ前記ばねの抗力に基
   づく検出トルクの急増変化から前記原点を検出する原点
   検出手段とから構成した、ことを特徴とするサーボモー
   タ駆動方式の流量調整装置。