JP3822061B2 - Actuator device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁気的なエネルギーを受けて粘性が変化する機能性流体を動作流体として使用したアクチュエータ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、動作流体を用いたアクチュエータとしては、油圧式のものが多く用いられている。この油圧式のアクチュエータは、ポンプから供給される油等の動作流体をシリンダ内へ送り込んで、ピストンを移動させるものである。この種のアクチュエータにおいては、ピストンを往復移動させるために、ピストンの両側に形成された一対のシリンダ室に動作流体を交互に供給するべく、動作流体の供給経路を切り換えるための弁機構が配備されている。この弁機構としては、通常、複数の電磁弁を組み合わせて用いることが多く、各電磁弁を開閉制御することによって、ピストンの移動方向が切り換えられる。
【0003】
しかしながら、このような従来の油圧式のアクチュエータにおいては、圧油を送るために油圧ポンプや油タンク等が必要となるため、大きく複雑な構造となる問題がある。又、機械的な弁機構を用いるため、負荷側からアクチュエータを動作させることが出来ず、然も、電磁弁の反応速度が遅いため、高速で駆動されるポンプの動作に追従することが出来ず、高速できめ細かい制御を行なうことが困難である問題があった。
この問題を解決するべく、動作流体として電気粘性流体を用いたアクチュエータ装置が提案されている(特開平11−303804号参照)。該アクチュエータ装置によれば、油圧式のアクチュエータと比較して高い応答速度を実現することが可能である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、該アクチュエータ装置においては、電気粘性流体を送り出すポンプの動作に、流量が変化しない死点が存在するため、アクチュエータが動作しない死点が存在することとなり、そのため、アクチュエータの動作が脈動的となって、速度制御が困難となる問題点がある。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、動作流体として機能性流体を用いたアクチュエータ装置において動作性能を向上させることを目的とする。
【0005】
【課題を解決する為の手段】
本発明に係るアクチュエータ装置は、
電磁気的なエネルギーを受けて粘性が変化する機能性流体を動作流体として、シリンダ内のピストンを往復移動させるアクチュエータと、
前記アクチュエータに対して並列に接続され、該アクチュエータのシリンダ内にピストンを隔てて形成される一対のシリンダ室の内、何れか一方のシリンダ室へ機能性流体を吐出すると共に他方のシリンダ室の機能性流体を吸入するための第1及び第2の流体供給装置と、
前記第1及び第2の流体供給装置の動作を制御する制御回路
とを具えている。
【0006】
前記第1及び第2の流体供給装置はそれぞれ、
前記アクチュエータの両シリンダ室に繋がる配管系と、
前記配管系に介在し、シリンダ内におけるピストンの往復移動によって機能性流体を吐出/吸入するポンプ手段と、
前記配管系の複数箇所に配備されて、配管系を流れる機能性流体に電磁気的なエネルギーを与えることによって配管系の複数箇所で機能性流体の流れを阻止し、前記ポンプ手段の吐出口から前記アクチュエータの一方のシリンダ室へ至る流路と、前記アクチュエータの他方のシリンダ室から前記ポンプ手段の吸入口へ戻る流路とを形成するためのバルブ手段
とを具えている。
【0007】
前記制御回路は、
前記第1及び第2の流体供給装置に装備されたポンプ手段のピストンの移動方向を検出する第1及び第2の検出手段と、
前記第1及び第2の検出手段からの検出信号に基づいて、前記バルブ手段の動作を制御する制御手段
とを具え、前記制御手段は、前記ポンプ手段のピストン移動方向の切り替わりに伴う吐出口の切り替わりに拘わらず、該吐出口から前記アクチュエータの同じシリンダ室へ至る流路を形成すると共に、前記ポンプ手段のピストン移動方向の切り替わりに伴う吸入口の切り替わりに拘わらず、前記アクチュエータの同じシリンダ室から該吸入口へ戻る流路を形成する様、前記バルブ手段の動作を制御する。又、前記第1の流体供給装置に装備された第1のポンプ手段と前記第2の流体供給装置に装備された第2のポンプ手段とは、それぞれのピストンの変位位相を互いにずらして駆動される。
【0008】
上記本発明のアクチュエータ装置においては、第1の流体供給装置に装備されている第1のポンプ手段と、第2の流体供給装置に装備されている第2のポンプ手段を、互いに位相をずらして駆動する。この過程で、制御回路は、各ポンプ手段の動作方向(ピストン移動方向)に応じて、各検出手段からの検出信号に基づいて、各バルブ手段の動作を制御する。
これによって、前記ポンプ手段のピストン移動方向の切り替わりに伴う吐出口の切り替わりに拘わらず、その吐出口から前記アクチュエータの同じシリンダ室へ至る流路が形成されると共に、前記ポンプ手段のピストン移動方向の切り替わりに伴う吸入口の切り替わりに拘わらず、前記アクチュエータの同じシリンダ室からその吸入口へ戻る流路が形成される。
この結果、第1及び第2の流体供給装置の両方からアクチュエータの一方のシリンダ室へ機能性流体が吐出されると共に、アクチュエータの他方のシリンダ室から第1及び第2の流体供給装置の両方へ機能性流体が吸入されて、アクチュエータのピストンは同じ方向へ移動する。
【0009】
この過程で、第1のポンプ手段と第2のポンプ手段は、互いに位相をずらして動作するので(図6(a)(b)参照)、第1のポンプ手段から吐出される機能性流体の流量の変化と、第2のポンプ手段から吐出される機能性流体の流量の変化も、同様に位相がずれることになる(図6(c)参照)。ところが、上述の如く各ポンプ手段の動作方向(ピストン移動方向)が逆転しても、バルブ手段の切替えによって、各ポンプ手段から吐出される機能性流体はアクチュエータの同じシリンダ室へ送り込まれるので、第1のポンプ手段からアクチュエータへ供給される機能性流体の流量と第2のポンプ手段からアクチュエータへ供給される機能性流体の流量とは、互いに逆の位相で変動することになる(図6(d)参照)。
この結果、第1のポンプ手段からアクチュエータへ供給される機能性流体の流量と第2のポンプ手段からアクチュエータへ供給される機能性流体の流量の合計は略一定の値となって(図6(e)参照)、アクチュエータのピストンは略等しい速度で一方向へ移動するのである。
【0010】
具体的構成において、前記機能性流体は電気粘性流体であって、前記バルブ手段は、電気粘性流体の流路を挟んで両側に配置された一対の電極を具えている。
該具体的構成においては、一つの電極間に電圧を印加すると、これによって形成される電界中の電気粘性流体の粘性が増大して、流れに対する抵抗が増大し、流れが殆ど止まることになる。これによって、バルブを閉じたような状態とすることが出来る。
【0011】
又、具体的構成において、前記第1の検出手段は、第1のポンプ手段が介在する配管内の機能性流体の流れ方向を検出することによってピストン移動方向を検出するものであり、前記第2の検出手段は、第2のポンプ手段が介在する配管内の機能性流体の流れ方向を検出することによってピストン移動方向を検出するものである。
【0012】
又、具体的構成において、前記配管系は閉ループを形成する環状配管を具え、該環状配管の2箇所が2本の配管を経て前記アクチュエータの両シリンダ室に繋がると共に、該環状配管の前記2箇所と交差関係の2箇所が1本の配管を経て互いに繋がっており、該1本の配管に前記ポンプ手段が介在すると共に、該環状配管の他の配管との連結点に挟まれた4箇所に前記バルブ手段が配備されている。
該具体的構成によれば、環状配管に配備された4つのバルブ手段の内、互いに対角位置に配備された2つのバルブ手段を開くと共に、互いに対角位置に配備された他の2つのバルブ手段を閉じることによって、ポンプ手段の動作方向(ピストンの移動方向)に応じて、ポンプ手段の吐出口からアクチュエータの一方のシリンダ室へ至る流路が形成されると共に、アクチュエータの他方のシリンダ室からポンプ手段の吸入口へ至る流路が形成される。そして、ポンプ手段の動作方向(ピストンの移動方向)が逆転したときは、開くべき対角位置の2つのバルブ手段と閉じるべき対角位置の2つのバルブ手段を入れ替えることによって、ポンプ手段の吐出口からアクチュエータの一方のシリンダ室へ至る流路が形成されると共に、アクチュエータの他方のシリンダ室からポンプ手段の吸入口へ至る流路が形成される。
この様にバルブ手段の開閉を切り替えることによって、ポンプ手段の動作方向に拘わらず、常に、ポンプ手段からアクチュエータの同じシリンダ室へ機能性流体を吐出する共に、アクチュエータの同じシリンダ室からポンプ手段へ機能性流体を吸入することが出来る。
【0013】
又、具体的構成において、前記制御手段は、前記第1及び/又は第2の検出手段によって検出される第1及び/又は第2のポンプ手段のピストン移動方向が逆転するタイミングに同期して、前記バルブ手段の動作を制御する。
これによって、機能性流体の逆流が防止される。
【0014】
又、具体的構成において、前記制御手段は、
第1のポンプ手段が第1の方向へ動作しているときに該ポンプ手段から吐出される機能性流体をアクチュエータへ送り込むと共に、第2のポンプ手段が第1の方向へ動作しているときに該ポンプ手段から吐出される機能性流体をアクチュエータへ送り込むべく、バルブ手段を制御する第1モードと、
第1のポンプ手段が第1の方向へ動作しているときに該ポンプ手段から吐出される機能性流体をアクチュエータへ送り込むと共に、第2のポンプ手段が第2の方向へ動作しているときに該ポンプ手段から吐出される機能性流体をアクチュエータへ送り込むべく、バルブ手段を制御する第2モードと、
第1のポンプ手段が第2の方向へ動作しているときに該ポンプ手段から吐出される機能性流体をアクチュエータへ送り込むと共に、第2のポンプ手段が第1の方向へ動作しているときに該ポンプ手段から吐出される機能性流体をアクチュエータへ送り込むべく、バルブ手段を制御する第3モードと、
第1のポンプ手段が第2の方向へ動作しているときに該ポンプ手段から吐出される機能性流体をアクチュエータへ送り込むと共に、第2のポンプ手段が第2の方向へ動作しているときに該ポンプ手段から吐出される機能性流体をアクチュエータへ送り込むべく、バルブ手段を制御する第4モード
とを繰り返す。
【0015】
上記の第1〜第4モードを繰り返すことによって、第1及び第2の流体供給装置の両方からアクチュエータの一方のシリンダ室へ機能性流体を吐出すると共に、アクチュエータの他方のシリンダ室から第1及び第2の流体供給装置の両方へ機能性流体を吸入することが出来、この結果、アクチュエータのピストンは同じ方向へ移動する。
この過程で、第1のポンプ手段と第2のポンプ手段は、互いに90度の位相差で動作することになり(図6(a)(b)参照)、この結果、第1のポンプ手段から吐出される機能性流体の流量の変化と、第2のポンプ手段から吐出される機能性流体の流量の変化も、互いに90度の位相差となる(図6(c)参照)。ところが、上述の如く各ポンプ手段の動作方向が逆転しても、バルブ手段の切替えによって、各ポンプ手段から吐出される機能性流体はアクチュエータの同じシリンダ室へ送り込まれるので、第1のポンプ手段からアクチュエータへ供給される機能性流体の流量と第2のポンプ手段からアクチュエータへ供給される機能性流体の流量とは、互いに逆の位相で変動することになる(図6(d)参照)。
この結果、第1のポンプ手段からアクチュエータへ供給される機能性流体の流量と第2のポンプ手段からアクチュエータへ供給される機能性流体の流量の合計は一定値となって(図6(e)参照)、アクチュエータのピストンは等速で一方向へ移動するのである。
【0016】
又、具体的構成において、前記第1及び第2のポンプ手段はそれぞれ、ピストンが一方向へ移動する過程で、該ピストンの速度を時間に対して直線的に変化させる。
これによって、第1のポンプ手段からアクチュエータへ供給される機能性流体の流量と第2のポンプ手段からアクチュエータへ供給される機能性流体の流量の合計は厳密に一定の値となって、アクチュエータのピストンは厳密に一定の速度で移動することになる。
【0017】
【発明の効果】
本発明に係るアクチュエータ装置によれば、第1及び第2の流体供給装置からアクチュエータへ供給する機能性流体の総流量を、ポンプ手段の動作方向の切り替わりに拘わらず、一定値若しくは略一定の値に設定することが出来るので、アクチュエータの脈動的な動作を防止して、アクチュエータの動作が止まる死点をなくすことが出来る。これによって、アクチュエータの速度制御が可能となる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
本発明に係るアクチュエータ装置は、図1に示す様に、電圧を印加することによって粘性が高くなる電気粘性流体を動作流体とする直動式のアクチュエータ1と、アクチュエータ1へ向けて電気粘性流体を吐出し、或いはアクチュエータ1から電気粘性流体を吸入する第1及び第2のポンプ21,22と、アクチュエータ1と両ポンプ21,22を所定の経路で接続する配管系3と、その配管系3の8箇所に設けられたバルブ41〜48とを具えており、配管系3の内部には電気粘性流体が充填されている。
【0019】
配管系3は、第1〜第8の部分配管301〜308を具えており、第1〜第4の部分配管301〜304を順次接合して1つの環状の配管を構成すると共に、第5〜第8の部分配管305〜308を順次接合して1つの環状の配管を構成している。
【0020】
第1及び第2の部分配管301,302の接合部分に第1のバルブ41が配置され、第2及び第3の部分配管302,303の接合部分に第2のバルブ42が配置され、第3及び第4の部分配管303,304の接合部分に第3のバルブ43が配置され、第4及び第1の部分配管304,301の接合部分に第4のバルブ44が配置され、第5及び第6の部分配管305,306の接合部分に第5のバルブ45が配置され、第6及び第7の部分配管306,307の接合部分に第6のバルブ46が配置され、第7及び第8の部分配管307,308の接合部分に第7のバルブ47が配置され、第8及び第5の部分配管308,305の接合部分に第8のバルブ48が配置されている。
【0021】
更に、配管系3は、第1の部分配管301と第5の部分配管305とを繋ぐ第9の部分配管309と、第3の部分配管303と第7の部分配管307とを繋ぐ第10の部分配管310とを具えている。尚、第1〜第10の部分配管301〜310で構成される配管の内部には電気粘性流体が充填されている。
【0022】
第1のバルブ41は、陰極電極41aと陽極電極41bとからなる電極対を具え、該電極対によって流路を挟み込んで構成されている。同様に、第2のバルブ42は、陰極電極42aと陽極電極42bとからなる電極対で構成され、第3のバルブ43は、陰極電極43aと陽極電極43bとからなる電極対で構成され、第4のバルブ44は、陰極電極44aと陽極電極44bとからなる電極対で構成され、第5のバルブ45は、陰極電極45aと陽極電極45bとからなる電極対で構成され、第6のバルブ46は、陰極電極46aと陽極電極46bとからなる電極対で構成され、第7のバルブ47は、陰極電極47aと陽極電極47bとからなる電極対で構成され、第8のバルブ48は、陰極電極48aと陽極電極48bとからなる電極対で構成されている。そして、これら第1〜第8のバルブ41〜48は、それぞれを構成する電極対間に電圧を印加することにより、電極対で挟み込まれた流路内の機能性流体の粘性を高めて、バルブを閉じたような状態とすることが出来る。
【0023】
又、配管系3は、アクチュエータ1と第9の部分配管309とを繋ぐ第11の部分配管311と、アクチュエータ1と第10の部分配管310とを繋ぐ第12の部分配管312とを具えている。
アクチュエータ1は、円筒形状のシリンダ11と、そのシリンダ11内において移動可能に配置され、シリンダ11内のシリンダ室を分割するピストン12とを具えている。ピストン12は、断面積の等しい第1のピストンロッド12aと第2のピストンロッド12bとを具えており、両ピストンロッド12a、12bは、シリンダ11の外部に繋がっており、外部に出力を伝達する。尚、シリンダ11の内部においてピストン12により隔てられた一対のシリンダ室には、それぞれ電気粘性流体が充填されている。
【0024】
シリンダ11の一端11aには、第11の部分配管311の一端が接続され、この第11の部分配管311の他端は、第9の部分配管309に接続されている。シリンダ11の他端11bには、第12の部分配管312の一端が接続され、この第12の部分配管312の他端は、第10の部分配管310に接続されている。
そして、シリンダ11の内部においてピストン12により隔てられた一対のシリンダ室の内、一方のシリンダ室に機能性流体が流入すると共に、他方のシリンダ室から機能性流体が流出することによって、ピストン12が往復移動することになる。
【0025】
更に、配管系3は、第1のポンプ21と第2の部分配管302とを繋ぐ第13の部分配管313と、第1のポンプ21と第4の部分配管304とを繋ぐ第14の部分配管314とを具えると共に、第2のポンプ22と第6の部分配管306とを繋ぐ第15の部分配管315と、第2のポンプ22と第8の部分配管308とを繋ぐ第16の部分配管316とを具えている。
【0026】
第1のポンプ21の内部は、図2に示す様に、第1のシリンダ室211と第2のシリンダ室212とに分割されており、両シリンダ室211,212内には、電気粘性流体が充填されている。ポンプ21の第1のシリンダ室211には、第13の部分配管313の一端が接続され、この第13の部分配管313の他端は、第2の部分配管302の中央部に接続されている。ポンプ21の第2のシリンダ室212には、第14の部分配管314の一端が接続され、この第14の部分配管314の他端は、第4の部分配管304の中央部に接続されている。
又、第1のポンプ21はシリンダ214の原動ピストン213を具えており、該原動ピストン213の一方向への移動によって、第1のシリンダ室211内の電気粘性流体を第13の部分配管313に吐出すると共に、第14の部分配管314内の電気粘性流体を第2のシリンダ室212内に吸入し、該原動ピストン213の他方向への移動によって、第2のシリンダ室212内の電気粘性流体を第14の部分配管314に吐出すると共に、第13の部分配管313内の電気粘性流体を第1のシリンダ室211内に吸入する。
【0027】
原動ピストン213は磁化されており、シリンダ214の周囲にピストン213を包囲する様にリング状の磁石215が配備され、該磁石の磁力によって原動ピストン213の軸方向の位置決めが可能である。
リング状磁石215は、溝カム216を介してモータ217に繋がっている。溝カム216には、モータ217が定速回転を行なうことによってリング状磁石215が一定速度で往復運動する様にカム溝が切られている。モータ217が定速回転することにより、リング状磁石215が第13の部分配管313側へ移動し、これによって、原動ピストン213が第13の部分配管313側へ移動し、第1のシリンダ室211内の電気粘性流体を第13の部分配管313へ吐出すると共に、第14の部分配管314内の電気粘性流体を第2のシリンダ室212内に吸入する。逆に、リング状磁石215が第14の部分配管314側へ移動することによって、原動ピストン213が第14の部分配管314側へ移動し、第2のシリンダ室212内の電気粘性流体を第14の部分配管314へ吐出すると共に、第13の部分配管313内の電気粘性流体を第1のシリンダ室211内に吸入する。
第2のポンプ22の構成も、第1のポンプ21の構成と同様のため、その図示及び説明を省略する。
尚、第1及び第2のポンプ21,22は後述の如く位相を90度ずらして動作する(図6(a)(b)参照)。
【0028】
又、本発明のアクチュエータ装置は、図1に示す如く、第1のポンプ21の原動ピストン位置を検出する第1の位置検出器51を具えると共に、第2のポンプ22の原動ピストンの位置を検出する第2の位置検出器52を具えており、これら第1及び第2の位置検出器51,52の出力は、制御回路6に入力される。
制御回路6は、マイクロコンピュータ61と、マイクロコンピュータ61から出力される制御信号を増幅する第1〜第4の増幅器62〜65とを具えている。マイクロコンピュータ61は、第1及び第2の位置検出器51,52によって検出された位置を読み込むことにより、各位置検出器51,52の出力の微分係数や両位置検出器51,52間の位置信号の差を演算するものであり、その演算結果と、操作者から入力されたアクチュエータ1の駆動方向を指示する指令信号とに基づいて、第1〜第8のバルブ41〜48に対して制御信号を出力するものである。第1の増幅器62はその制御信号を増幅して第1及び第3のバルブ41,43に伝達し、第2の増幅器63はその制御信号を増幅して第2及び第4のバルブ42,44に伝達し、第3の増幅器64はその制御信号を増幅して第5及び第7のバルブ45,47に伝達し、第4の増幅器65はその制御信号を第6及び第8のバルブ46,48に伝達するものである。
【0029】
第1〜第4の各バルブ41〜44は、マイクロコンピュータ61からの制御信号に基づき、原動ピストン213が上死点又は下死点の位置にあるタイミング、即ち吐出と吸入の切替えのタイミングに同期して、配管内の機能性流体に電圧を印加した状態と、電圧を印加していない状態とが切り替えられる。第5〜第8の各バルブ45〜48は、マイクロコンピュータ61からの制御信号に基づき、原動ピストン223が上死点又は下死点の位置にあるタイミング、即ち吐出と吸入の切替えのタイミングに同期して、配管内の機能性流体に電圧を印加した状態と、電圧を印加していない状態とが切り替えられる。電圧が印加された部分では、配管内の電気粘性流体のせん断応力が高くなって、電気粘性流体の流動が規制され、これによって、電圧が印加された配管は、弁を閉じたような状態となる。
【0030】
このような構成のアクチュエータ装置において、アクチュエータ1のピストン12を、図5中に矢印Aで示す方向(図の上方向)へ移動させる場合の動作について、図3のフローチャートに沿って説明する。
先ず、図3のステップS1にて、マイクロコンピュータ61から第1〜第8のバルブ41〜48に対して全てのバルブ41〜48を開放、即ち、電圧を印加しない様に制御する制御信号が出力される。この制御信号を受けて、第1〜第8のバルブ41〜48が開放される。又、併せて、第1及び第2のポンプ21,22の原動ピストンの往復駆動が開始される。ここで、第1及び第2のポンプ21,22の原動ピストンは、図6(a)(b)に示す様に互いに位相が90度ずれた状態で、360度を1周期とする三角波状に速度が変化する様、駆動される。
【0031】
次に図3のステップS2では、第1の位置検出器51によって検出される第1のポンプ21の原動ピストンの位置を表わす位置信号C1と、第2の位置検出器52によって検出される第2のポンプ22の原動ピストンの位置を表わす位置信号C2とが、マイクロコンピュータ61に入力される。
【0032】
これに応じてマイクロコンピュータ61は、ステップS3にて、両位置信号C1,C2の微分係数△C1、△C2を算出する。そして、ステップS4では、両位置信号C1,C2の微分係数△C1、△C2の何れか一方の値がゼロとなり、符号が変わったかどうかを判断する。ここでイエスと判断されたときは、ステップS5に移行して、第1及び第2のポンプ21,22の原動ピストンの移動方向(動作方向)を判断する。
次に、ステップS6では、判断された第1及び第2のポンプ21,22の動作方向に応じて、図4に示すモードA〜Dを識別し、そのモードに対応して8つのバルブ制御信号を作成し、各バルブに出力する。
【0033】
例えば、第1及び第2のポンプ21,22の動作方向が共に図5に矢印Bで示す如く左方向であるとき、図4に示すモードAが識別され、該モードに対応した8つのバルブ制御信号が出力される。即ち、モードAにおいては、マイクロコンピュータ61から増幅器62を介して第1及び第3のバルブ41,43を閉鎖、即ち電圧を印加するという制御信号が出力されると共に、増幅器63を介して第2及び第4のバルブ42,44を開放、即ち電圧を印加しないという制御信号が出力される。又、マイクロコンピュータ61から増幅器64を介して第5及び第7のバルブ45,47を閉鎖、即ち電圧を印加するという制御信号が出力されると共に、増幅器65を介して第6及び第8のバルブ46,48を開放、即ち電圧を印加しないという制御信号が出力される。
【0034】
この結果、第1のポンプ21から第13の部分配管313に電気粘性流体が吐出され、該電気粘性流体は、図5に矢印で示す様に、第2の部分配管302、第2のバルブ42、第3の部分配管303、第10の部分配管310、及び第12の部分配管312を経て、シリンダ11の一端11bからシリンダ室内に送り込まれる。又、第2のポンプ22から第15の部分配管315に電気粘性流体が吐出され、該電気粘性流体は、図5に矢印で示す様に、第6の部分配管306、第6のバルブ46、第7の部分配管307、第10の部分配管310、及び第12の部分配管312を経て、シリンダ11の一端11bからシリンダ室内に送り込まれる。これに伴って、ピストン12が図5の上方へ移動することになる。
【0035】
一方、図3のステップS4にてノーと判断されたときは、各ピストンが一方向へ移動している途中であるので、ステップS6へ移行して、そのモードに応じた制御信号の出力を継続する。
そして、ステップS6を経た後、ステップS2に戻って、位置信号C1,C2の検出〜制御信号の出力を繰り返す。
この様にして、第1及び第2の位置検出器51,52にて検出される位置信号C1,C2の微分係数△C1、△C2の何れか一方の値がゼロとなる毎に、モードを切り替えることにより、アクチュエータのピストン12を図1の上方に移動させることが出来る。
尚、ピストン12を図1の下方に移動させる場合にも、第1及び第2の位置検出器51,52にて検出される位置信号C1,C2の微分係数△C1、△C2の何れか一方の値がゼロとなる毎にモードを切り替える同様の制御方式が採用可能である。
【0036】
例えば、図6の場合、第1のポンプ21及び第2のポンプ22の吐出量は同図(c)の如く三角波状に変動するが、両ポンプの動作方向に応じ、図4に示すモード切替え方式に従って、第1〜第8のバルブ41〜48の開閉を切り替えることによって、第1及び第2の各ポンプからアクチュエータへ供給される電気粘性流体の流量は、図6(d)の如く変動し、第1のポンプからの供給流量と第2のポンプからの供給流量とは、互いに逆位相で変動することになる。
従って、両ポンプによってアクチュエータへ供給される電気粘性流体の総流量は、各ポンプの動作方向の切り替わりに拘わらず、図6(e)の如く一定の値となる。
【0037】
上述の如く、本発明に係るアクチュエータ装置においては、第1及び第2の位置検出器51,52によって検出される微分係数△C1、△C2の何れか一方がゼロとなったときに、第1〜第8のバルブ41〜48の開放/閉鎖を切り替える制御方式を採用しているため、バルブ切替え時に電気粘性流体の逆流が生じることがない。
又、第1及び第2のポンプ21,22の原動ピストンを、位相を90度ずらして移動させる制御方式の採用によって、図6(e)に示す様に、アクチュエータのシリンダ11に流入する電気粘性流体の流量は、脈動することなく常に一定となるので、アクチュエータのピストン12を一定速度で移動させることが可能となり、アクチュエータ装置の運転性能を向上させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るアクチュエータ装置の構成を表わす系統図である。
【図2】該アクチュエータ装置に配備されているポンプの構成を説明する図である。
【図3】該アクチュエータ装置の動作を表わすフローチャートである。
【図4】該アクチュエータ装置におけるモードの切り替わりを説明する図表である。
【図5】1つのモードにおける流体の流れ方向を説明する系統図である。
【図6】該アクチュエータ装置の動作を説明するタイムチャートである。
【符号の説明】
1 :アクチュエータ
11 :シリンダ
12 :ピストン
21 :第1のポンプ
22 :第2のポンプ
3 :配管系
41 :第1のバルブ
42 :第2のバルブ
43 :第3のバルブ
44 :第4のバルブ
45 :第5のバルブ
46 :第6のバルブ
47 :第7のバルブ
48 :第8のバルブ
51 :第1の位置検出器
52 :第2の位置検出器
6 :制御回路
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an actuator device using a functional fluid whose viscosity is changed by receiving electromagnetic energy as an operating fluid.
[0002]
[Prior art]
In general, hydraulic actuators are often used as actuators using a working fluid. This hydraulic actuator moves a piston by feeding a working fluid such as oil supplied from a pump into a cylinder. In this type of actuator, in order to reciprocate the piston, a valve mechanism for switching the working fluid supply path is provided to alternately supply the working fluid to a pair of cylinder chambers formed on both sides of the piston. ing. As this valve mechanism, a plurality of solenoid valves are usually used in combination, and the movement direction of the piston is switched by opening and closing each solenoid valve.
[0003]
However, such a conventional hydraulic actuator requires a hydraulic pump, an oil tank, and the like in order to send pressure oil, and thus has a problem of a large and complicated structure. In addition, since a mechanical valve mechanism is used, the actuator cannot be operated from the load side. However, since the response speed of the solenoid valve is slow, it cannot follow the operation of the pump driven at high speed. There is a problem that it is difficult to perform fine control at high speed.
In order to solve this problem, an actuator device using an electrorheological fluid as a working fluid has been proposed (see JP-A-11-303804). According to the actuator device, it is possible to realize a high response speed as compared with a hydraulic actuator.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the actuator device, since there is a dead point where the flow rate does not change in the operation of the pump that sends out the electrorheological fluid, there is a dead point where the actuator does not operate. Therefore, the operation of the actuator is pulsating. Thus, there is a problem that speed control becomes difficult.
The present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is to improve operation performance in an actuator device using a functional fluid as an operation fluid.
[0005]
[Means for solving the problems]
The actuator device according to the present invention includes:
An actuator that reciprocally moves a piston in a cylinder using a functional fluid whose viscosity is changed by receiving electromagnetic energy as a working fluid;
Among the pair of cylinder chambers connected in parallel to the actuator and formed with a piston in the cylinder of the actuator, the functional fluid is discharged to one of the cylinder chambers and the function of the other cylinder chamber First and second fluid supply devices for inhaling sexual fluid;
Control circuit for controlling operation of the first and second fluid supply devices
And has.
[0006]
Each of the first and second fluid supply devices is
A piping system connected to both cylinder chambers of the actuator;
A pump means interposed in the piping system for discharging / inhaling a functional fluid by reciprocating movement of a piston in the cylinder;
Providing electromagnetic energy to the functional fluid flowing through the piping system, provided at a plurality of locations in the piping system, to prevent the flow of the functional fluid at the plurality of locations in the piping system, from the discharge port of the pump means Valve means for forming a flow path leading to one cylinder chamber of the actuator and a flow path returning from the other cylinder chamber of the actuator to the suction port of the pump means
And has.
[0007]
The control circuit includes:
First and second detection means for detecting the direction of movement of the piston of the pump means provided in the first and second fluid supply devices;
Control means for controlling the operation of the valve means based on detection signals from the first and second detection means
The control means forms a flow path from the discharge port to the same cylinder chamber of the actuator regardless of switching of the discharge port accompanying switching of the piston movement direction of the pump unit, and the pump unit. Regardless of the switching of the suction port accompanying the switching of the piston movement direction, the operation of the valve means is controlled so as to form a flow path from the same cylinder chamber of the actuator to the suction port. Further, the first pump means provided in the first fluid supply device and the second pump means provided in the second fluid supply device are driven by shifting the displacement phases of the respective pistons. The
[0008]
In the actuator device of the present invention, the first pump means provided in the first fluid supply device and the second pump means provided in the second fluid supply device are shifted from each other in phase. To drive. In this process, the control circuit controls the operation of each valve unit based on the detection signal from each detection unit in accordance with the operation direction (piston movement direction) of each pump unit.
This forms a flow path from the discharge port to the same cylinder chamber of the actuator regardless of switching of the discharge port accompanying switching of the piston movement direction of the pump unit, and also in the piston movement direction of the pump unit. Regardless of the switching of the suction port accompanying the switching, a flow path is formed from the same cylinder chamber of the actuator to the suction port.
As a result, the functional fluid is discharged from both the first and second fluid supply devices to one cylinder chamber of the actuator, and from the other cylinder chamber of the actuator to both the first and second fluid supply devices. As the functional fluid is inhaled, the actuator piston moves in the same direction.
[0009]
In this process, the first pump means and the second pump means operate out of phase with each other (see FIGS. 6 (a) and 6 (b)), so that the functional fluid discharged from the first pump means The phase of the change in the flow rate and the change in the flow rate of the functional fluid discharged from the second pump means are similarly shifted (see FIG. 6C). However, even if the operation direction (piston movement direction) of each pump means is reversed as described above, the functional fluid discharged from each pump means is sent to the same cylinder chamber of the actuator by switching the valve means. The flow rate of the functional fluid supplied from one pump means to the actuator and the flow rate of the functional fluid supplied from the second pump means to the actuator fluctuate in opposite phases (FIG. 6 (d)). )reference).
As a result, the sum of the flow rate of the functional fluid supplied from the first pump means to the actuator and the flow rate of the functional fluid supplied from the second pump means to the actuator becomes a substantially constant value (FIG. 6 ( e)), the piston of the actuator moves in one direction at approximately the same speed.
[0010]
In a specific configuration, the functional fluid is an electrorheological fluid, and the valve means includes a pair of electrodes arranged on both sides of the electrorheological fluid channel.
In this specific configuration, when a voltage is applied between one electrode, the viscosity of the electrorheological fluid in the electric field formed thereby increases, resistance to the flow increases, and the flow almost stops. As a result, the valve can be closed.
[0011]
Further, in a specific configuration, the first detection means detects a piston moving direction by detecting a flow direction of the functional fluid in a pipe in which the first pump means is interposed, and the second detection means The detecting means detects the piston moving direction by detecting the flow direction of the functional fluid in the pipe interposing the second pump means.
[0012]
Further, in a specific configuration, the piping system includes an annular pipe that forms a closed loop, and two places of the annular pipe are connected to both cylinder chambers of the actuator via two pipes, and the two places of the annular pipe Are connected to each other through one pipe, and the pump means is interposed in the one pipe, and at four places sandwiched by connection points with other pipes of the annular pipe Said valve means is provided.
According to this specific configuration, of the four valve means arranged in the annular pipe, the two valve means arranged diagonally to each other are opened and the other two valves arranged diagonally to each other. By closing the means, a flow path from the discharge port of the pump means to one cylinder chamber of the actuator is formed according to the operation direction of the pump means (moving direction of the piston), and from the other cylinder chamber of the actuator. A flow path to the suction port of the pump means is formed. When the operation direction of the pump means (moving direction of the piston) is reversed, the two valve means at the diagonal position to be opened and the two valve means at the diagonal position to be closed are exchanged, whereby the discharge port of the pump means A flow path from the other cylinder chamber of the actuator to the suction port of the pump means is formed.
By switching the opening and closing of the valve means in this way, the functional fluid is always discharged from the pump means to the same cylinder chamber of the actuator regardless of the operation direction of the pump means, and the function from the same cylinder chamber of the actuator to the pump means is functioned. Sex fluid can be inhaled.
[0013]
Further, in a specific configuration, the control means is synchronized with a timing at which the piston moving direction of the first and / or second pump means detected by the first and / or second detection means is reversed, Control the operation of the valve means.
Thereby, the back flow of the functional fluid is prevented.
[0014]
In a specific configuration, the control means includes
When the first pump means is operating in the first direction, the functional fluid discharged from the pump means is sent to the actuator, and when the second pump means is operating in the first direction. A first mode for controlling the valve means to send the functional fluid discharged from the pump means to the actuator;
When the first pump means is operating in the first direction, the functional fluid discharged from the pump means is sent to the actuator, and when the second pump means is operating in the second direction. A second mode for controlling the valve means to send the functional fluid discharged from the pump means to the actuator;
When the first pump means is operating in the second direction, the functional fluid discharged from the pump means is sent to the actuator, and when the second pump means is operating in the first direction. A third mode for controlling the valve means to send the functional fluid discharged from the pump means to the actuator;
When the first pump means is operating in the second direction, the functional fluid discharged from the pump means is sent to the actuator, and when the second pump means is operating in the second direction. A fourth mode for controlling the valve means to send the functional fluid discharged from the pump means to the actuator;
And repeat.
[0015]
By repeating the first to fourth modes, the functional fluid is discharged from both the first and second fluid supply devices to one cylinder chamber of the actuator, and the first and second cylinder chambers of the actuator Functional fluid can be drawn into both of the second fluid supply devices so that the actuator piston moves in the same direction.
In this process, the first pump means and the second pump means operate with a phase difference of 90 degrees from each other (see FIGS. 6A and 6B). As a result, from the first pump means, The change in the flow rate of the functional fluid discharged and the change in the flow rate of the functional fluid discharged from the second pump means also have a phase difference of 90 degrees from each other (see FIG. 6C). However, even if the operation direction of each pump means is reversed as described above, the functional fluid discharged from each pump means is sent to the same cylinder chamber of the actuator by switching the valve means. The flow rate of the functional fluid supplied to the actuator and the flow rate of the functional fluid supplied from the second pump means to the actuator fluctuate with phases opposite to each other (see FIG. 6D).
As a result, the sum of the flow rate of the functional fluid supplied from the first pump means to the actuator and the flow rate of the functional fluid supplied from the second pump means to the actuator becomes a constant value (FIG. 6E). See), the piston of the actuator moves in one direction at a constant speed.
[0016]
In a specific configuration, each of the first and second pump means changes the speed of the piston linearly with respect to time in the course of movement of the piston in one direction.
As a result, the sum of the flow rate of the functional fluid supplied from the first pump means to the actuator and the flow rate of the functional fluid supplied from the second pump means to the actuator becomes a strictly constant value. The piston will move at a strictly constant speed.
[0017]
【The invention's effect】
According to the actuator device of the present invention, the total flow rate of the functional fluid supplied from the first and second fluid supply devices to the actuator is a constant value or a substantially constant value regardless of the switching of the operation direction of the pump means. Therefore, the pulsating operation of the actuator can be prevented, and the dead center where the operation of the actuator stops can be eliminated. As a result, the speed of the actuator can be controlled.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, an actuator device according to the present invention includes a direct acting actuator 1 that uses an electrorheological fluid whose viscosity is increased by applying a voltage as a working fluid, and an electrorheological fluid that is directed toward the actuator 1. The first and second pumps 21 and 22 that discharge or suck the electrorheological fluid from the actuator 1, the piping system 3 that connects the actuator 1 and both pumps 21 and 22 by a predetermined path, and the piping system 3 Valves 41 to 48 provided at eight places are provided, and the inside of the piping system 3 is filled with an electrorheological fluid.
[0019]
The piping system 3 includes first to eighth partial pipes 301 to 308, and the first to fourth partial pipes 301 to 304 are sequentially joined to form one annular pipe. The eighth partial pipes 305 to 308 are sequentially joined to constitute one annular pipe.
[0020]
The first valve 41 is disposed at the joint between the first and second partial pipes 301, 302, the second valve 42 is disposed at the joint between the second and third partial pipes 302, 303, and the third The third valve 43 is disposed at the joint portion between the fourth partial pipes 303 and 304, the fourth valve 44 is disposed at the joint portion between the fourth and first partial pipes 304 and 301, and the fifth and fifth portions. The fifth valve 45 is disposed at the joint portion of the sixth partial pipes 305 and 306, the sixth valve 46 is disposed at the joint portion of the sixth and seventh partial pipes 306 and 307, and the seventh and eighth A seventh valve 47 is disposed at the joint between the partial pipes 307 and 308, and an eighth valve 48 is disposed at the joint between the eighth and fifth partial pipes 308 and 305.
[0021]
Further, the pipe system 3 includes a ninth partial pipe 309 that connects the first partial pipe 301 and the fifth partial pipe 305, and a tenth pipe that connects the third partial pipe 303 and the seventh partial pipe 307. And a partial pipe 310. In addition, the inside of the piping comprised by the 1st-10th partial piping 301-310 is filled with the electrorheological fluid.
[0022]
The first bulb 41 includes an electrode pair composed of a cathode electrode 41a and an anode electrode 41b, and is configured by sandwiching a flow path between the electrode pair. Similarly, the second bulb 42 is composed of an electrode pair composed of a cathode electrode 42a and an anode electrode 42b, and the third bulb 43 is composed of an electrode pair composed of a cathode electrode 43a and an anode electrode 43b. The fourth valve 44 is composed of an electrode pair composed of a cathode electrode 44a and an anode electrode 44b, and the fifth valve 45 is composed of an electrode pair composed of a cathode electrode 45a and an anode electrode 45b. Is composed of an electrode pair composed of a cathode electrode 46a and an anode electrode 46b, the seventh bulb 47 is composed of an electrode pair composed of a cathode electrode 47a and an anode electrode 47b, and the eighth bulb 48 is composed of a cathode electrode. The electrode pair is composed of 48a and an anode electrode 48b. And these 1st-8th valves 41-48 raise the viscosity of the functional fluid in the flow path pinched | interposed by the electrode pair by applying a voltage between the electrode pairs which comprise each, Can be in a closed state.
[0023]
The piping system 3 includes an eleventh partial piping 311 that connects the actuator 1 and the ninth partial piping 309 and a twelfth partial piping 312 that connects the actuator 1 and the tenth partial piping 310. .
The actuator 1 includes a cylindrical cylinder 11 and a piston 12 that is movably disposed in the cylinder 11 and divides a cylinder chamber in the cylinder 11. The piston 12 includes a first piston rod 12a and a second piston rod 12b having the same cross-sectional area, and both the piston rods 12a and 12b are connected to the outside of the cylinder 11 and transmit output to the outside. . The pair of cylinder chambers separated by the piston 12 inside the cylinder 11 is filled with an electrorheological fluid.
[0024]
One end 11 a of the cylinder 11 is connected to one end of an eleventh partial pipe 311, and the other end of the eleventh partial pipe 311 is connected to a ninth partial pipe 309. One end of a twelfth partial pipe 312 is connected to the other end 11 b of the cylinder 11, and the other end of the twelfth partial pipe 312 is connected to the tenth partial pipe 310.
Then, the functional fluid flows into one cylinder chamber of the pair of cylinder chambers separated by the piston 12 inside the cylinder 11, and the functional fluid flows out from the other cylinder chamber. It will move back and forth.
[0025]
Furthermore, the piping system 3 includes a thirteenth partial pipe 313 that connects the first pump 21 and the second partial pipe 302, and a fourteenth partial pipe that connects the first pump 21 and the fourth partial pipe 304. 314, a fifteenth partial pipe 315 that connects the second pump 22 and the sixth partial pipe 306, and a sixteenth partial pipe that connects the second pump 22 and the eighth partial pipe 308. 316.
[0026]
As shown in FIG. 2, the interior of the first pump 21 is divided into a first cylinder chamber 211 and a second cylinder chamber 212, and electrorheological fluid is contained in both cylinder chambers 211 and 212. Filled. One end of a thirteenth partial pipe 313 is connected to the first cylinder chamber 211 of the pump 21, and the other end of the thirteenth partial pipe 313 is connected to the center of the second partial pipe 302. . One end of a fourteenth partial pipe 314 is connected to the second cylinder chamber 212 of the pump 21, and the other end of the fourteenth partial pipe 314 is connected to the center of the fourth partial pipe 304. .
The first pump 21 includes a driving piston 213 of a cylinder 214, and the electroviscous fluid in the first cylinder chamber 211 is transferred to the thirteenth partial pipe 313 by moving the driving piston 213 in one direction. While discharging, the electrorheological fluid in the fourteenth partial pipe 314 is sucked into the second cylinder chamber 212, and the electrorheological fluid in the second cylinder chamber 212 is moved by moving the driving piston 213 in the other direction. Is discharged into the fourteenth partial pipe 314 and the electrorheological fluid in the thirteenth partial pipe 313 is sucked into the first cylinder chamber 211.
[0027]
The driving piston 213 is magnetized, and a ring-shaped magnet 215 is provided around the cylinder 214 so as to surround the piston 213, and the driving piston 213 can be positioned in the axial direction by the magnetic force of the magnet.
The ring-shaped magnet 215 is connected to the motor 217 via the groove cam 216. The groove cam 216 has a cam groove so that the ring-shaped magnet 215 reciprocates at a constant speed when the motor 217 rotates at a constant speed. When the motor 217 rotates at a constant speed, the ring-shaped magnet 215 moves to the thirteenth partial pipe 313 side, whereby the driving piston 213 moves to the thirteenth partial pipe 313 side, and the first cylinder chamber 211 is moved. The electrorheological fluid in the inner part is discharged to the thirteenth partial pipe 313 and the electrorheological fluid in the fourteenth partial pipe 314 is sucked into the second cylinder chamber 212. Conversely, when the ring-shaped magnet 215 moves to the fourteenth partial pipe 314 side, the driving piston 213 moves to the fourteenth partial pipe 314 side, and the electrorheological fluid in the second cylinder chamber 212 is transferred to the fourteenth side. Are discharged to the partial pipe 314 and the electrorheological fluid in the thirteenth partial pipe 313 is sucked into the first cylinder chamber 211.
Since the configuration of the second pump 22 is the same as the configuration of the first pump 21, its illustration and description are omitted.
The first and second pumps 21 and 22 operate with a phase shifted by 90 degrees as described later (see FIGS. 6A and 6B).
[0028]
Further, the actuator device of the present invention includes a first position detector 51 for detecting the position of the driving piston of the first pump 21 as shown in FIG. 1, and the position of the driving piston of the second pump 22. A second position detector 52 for detection is provided, and the outputs of the first and second position detectors 51 and 52 are input to the control circuit 6.
The control circuit 6 includes a microcomputer 61 and first to fourth amplifiers 62 to 65 that amplify control signals output from the microcomputer 61. The microcomputer 61 reads the positions detected by the first and second position detectors 51 and 52, so that the differential coefficient of the output of each position detector 51 and 52 and the position between both position detectors 51 and 52 are detected. A signal difference is calculated, and the first to eighth valves 41 to 48 are controlled based on the calculation result and a command signal for instructing the driving direction of the actuator 1 input from the operator. A signal is output. The first amplifier 62 amplifies the control signal and transmits the amplified control signal to the first and third valves 41 and 43, and the second amplifier 63 amplifies the control signal and the second and fourth valves 42 and 44. The third amplifier 64 amplifies the control signal and transmits it to the fifth and seventh valves 45 and 47, and the fourth amplifier 65 transmits the control signal to the sixth and eighth valves 46, 47. 48.
[0029]
Each of the first to fourth valves 41 to 44 is synchronized with the timing when the driving piston 213 is at the top dead center or the bottom dead center based on the control signal from the microcomputer 61, that is, the switching timing between discharge and suction. Thus, a state in which a voltage is applied to the functional fluid in the pipe and a state in which no voltage is applied are switched. Each of the fifth to eighth valves 45 to 48 is synchronized with the timing at which the driving piston 223 is at the top dead center or the bottom dead center based on the control signal from the microcomputer 61, that is, the switching timing between discharge and suction. Thus, a state in which a voltage is applied to the functional fluid in the pipe and a state in which no voltage is applied are switched. In the portion where the voltage is applied, the shear stress of the electrorheological fluid in the pipe is increased, and the flow of the electrorheological fluid is restricted, so that the pipe where the voltage is applied is in a state where the valve is closed. Become.
[0030]
In the actuator device having such a configuration, an operation when the piston 12 of the actuator 1 is moved in the direction indicated by the arrow A in FIG. 5 (upward in the figure) will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, in step S1 of FIG. 3, the microcomputer 61 outputs a control signal for controlling the first to eighth valves 41 to 48 so that all the valves 41 to 48 are opened, that is, no voltage is applied. Is done. In response to this control signal, the first to eighth valves 41 to 48 are opened. At the same time, the reciprocating drive of the driving pistons of the first and second pumps 21 and 22 is started. Here, the driving pistons of the first and second pumps 21 and 22 are in the form of a triangular wave having one cycle of 360 degrees in a state where the phases are shifted by 90 degrees as shown in FIGS. Driven to change speed.
[0031]
Next, in step S <b> 2 of FIG. 3, the position signal C <b> 1 representing the position of the driving piston of the first pump 21 detected by the first position detector 51 and the second signal detected by the second position detector 52. A position signal C 2 indicating the position of the driving piston of the pump 22 is input to the microcomputer 61.
[0032]
In response to this, the microcomputer 61 calculates differential coefficients ΔC1 and ΔC2 of both position signals C1 and C2 in step S3. In step S4, it is determined whether one of the differential coefficients ΔC1 and ΔC2 of both position signals C1 and C2 has become zero and the sign has changed. When it is determined YES, the process proceeds to step S5, and the moving direction (operation direction) of the driving piston of the first and second pumps 21 and 22 is determined.
Next, in step S6, according to the determined operation directions of the first and second pumps 21 and 22, the modes A to D shown in FIG. 4 are identified, and eight valve control signals corresponding to the modes are identified. And output to each valve.
[0033]
For example, when the operating directions of the first and second pumps 21 and 22 are both leftward as shown by the arrow B in FIG. 5, the mode A shown in FIG. 4 is identified, and the eight valve controls corresponding to the modes are identified. A signal is output. That is, in the mode A, the microcomputer 61 outputs a control signal for closing the first and third valves 41 and 43 via the amplifier 62, that is, applying a voltage, and outputs the second signal via the amplifier 63. Then, a control signal is output that the fourth valves 42 and 44 are opened, that is, no voltage is applied. Further, the microcomputer 61 outputs a control signal for closing the fifth and seventh valves 45 and 47 through the amplifier 64, that is, applying a voltage, and the sixth and eighth valves through the amplifier 65. A control signal for opening 46 and 48, that is, applying no voltage is output.
[0034]
As a result, the electrorheological fluid is discharged from the first pump 21 to the thirteenth partial pipe 313, and the electrorheological fluid is, as indicated by arrows in FIG. 5, the second partial pipe 302 and the second valve 42. The third partial pipe 303, the tenth partial pipe 310, and the twelfth partial pipe 312 are fed into the cylinder chamber from one end 11 b of the cylinder 11. In addition, the electrorheological fluid is discharged from the second pump 22 to the fifteenth partial pipe 315, and the electrorheological fluid is, as indicated by arrows in FIG. 5, the sixth partial pipe 306, the sixth valve 46, The first partial pipe 307, the tenth partial pipe 310, and the twelfth partial pipe 312 are fed into the cylinder chamber from one end 11 b of the cylinder 11. As a result, the piston 12 moves upward in FIG.
[0035]
On the other hand, when it is determined NO in step S4 of FIG. 3, since each piston is moving in one direction, the process proceeds to step S6, and the output of the control signal corresponding to the mode is continued. To do.
And after passing through step S6, it returns to step S2 and repeats the detection of position signal C1, C2-the output of a control signal.
In this way, the mode is changed each time one of the differential coefficients ΔC1 and ΔC2 of the position signals C1 and C2 detected by the first and second position detectors 51 and 52 becomes zero. By switching, the piston 12 of the actuator can be moved upward in FIG.
Even when the piston 12 is moved downward in FIG. 1, one of the differential coefficients ΔC1 and ΔC2 of the position signals C1 and C2 detected by the first and second position detectors 51 and 52. A similar control method that switches the mode each time the value of becomes zero can be employed.
[0036]
For example, in the case of FIG. 6, the discharge amounts of the first pump 21 and the second pump 22 fluctuate in a triangular wave shape as shown in FIG. 6C, but the mode switching shown in FIG. By switching the opening and closing of the first to eighth valves 41 to 48 according to the method, the flow rate of the electrorheological fluid supplied from the first and second pumps to the actuator varies as shown in FIG. The supply flow rate from the first pump and the supply flow rate from the second pump fluctuate in opposite phases.
Therefore, the total flow rate of the electrorheological fluid supplied to the actuator by both pumps becomes a constant value as shown in FIG. 6E regardless of the switching of the operation direction of each pump.
[0037]
As described above, in the actuator device according to the present invention, when one of the differential coefficients ΔC1 and ΔC2 detected by the first and second position detectors 51 and 52 becomes zero, the first Since the control method for switching the opening / closing of the eighth valves 41 to 48 is employed, the back flow of the electrorheological fluid does not occur when the valves are switched.
Further, by adopting a control system in which the driving pistons of the first and second pumps 21 and 22 are moved by shifting the phase by 90 degrees, as shown in FIG. 6 (e), the electroviscosity flowing into the cylinder 11 of the actuator. Since the fluid flow rate is always constant without pulsation, the piston 12 of the actuator can be moved at a constant speed, and the operating performance of the actuator device can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system diagram showing the configuration of an actuator device according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a pump provided in the actuator device.
FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the actuator device.
FIG. 4 is a chart for explaining mode switching in the actuator device.
FIG. 5 is a system diagram illustrating the flow direction of fluid in one mode.
FIG. 6 is a time chart for explaining the operation of the actuator device.
[Explanation of symbols]
1: Actuator
11: Cylinder
12: Piston
21: First pump
22: Second pump
3: Piping system
41: First valve
42: Second valve
43: Third valve
44: Fourth valve
45: Fifth valve
46: Sixth valve
47: Seventh valve
48: Eighth valve
51: First position detector
52: Second position detector
6: Control circuit

Claims (8)

電磁気的なエネルギーを受けて粘性が変化する機能性流体を動作流体として、シリンダ内のピストンを往復移動させるアクチュエータと、
前記アクチュエータに対して並列に接続され、該アクチュエータのシリンダ内にピストンを隔てて形成される一対のシリンダ室の内、何れか一方のシリンダ室へ機能性流体を吐出すると共に他方のシリンダ室の機能性流体を吸入するための第1及び第2の流体供給装置と、
前記第1及び第2の流体供給装置の動作を制御する制御回路
とを具え、前記第1及び第2の流体供給装置はそれぞれ、
前記アクチュエータの両シリンダ室に繋がる配管系と、
前記配管系に介在し、シリンダ内におけるピストンの往復移動によって機能性流体を吐出/吸入するポンプ手段と、
前記配管系の複数箇所に配備されて、配管系を流れる機能性流体に電磁気的なエネルギーを与えることによって配管系の複数箇所で機能性流体の流れを阻止し、前記ポンプ手段の吐出口から前記アクチュエータの一方のシリンダ室へ至る流路と、前記アクチュエータの他方のシリンダ室から前記ポンプ手段の吸入口へ戻る流路とを形成するためのバルブ手段
とを具え、前記制御回路は、
前記第1及び第2の流体供給装置に装備されたポンプ手段のピストンの移動方向を検出する第1及び第2の検出手段と、
前記第1及び第2の検出手段からの検出信号に基づいて、前記バルブ手段の動作を制御する制御手段
とを具え、前記制御手段は、前記ポンプ手段のピストン移動方向の切り替わりに伴う吐出口の切り替わりに拘わらず、該吐出口から前記アクチュエータの同じシリンダ室へ至る流路を形成すると共に、前記ポンプ手段のピストン移動方向の切り替わりに伴う吸入口の切り替わりに拘わらず、前記アクチュエータの同じシリンダ室から該吸入口へ戻る流路を形成する様、前記バルブ手段の動作を制御すると共に、前記第1の流体供給装置に装備された第1のポンプ手段と前記第2の流体供給装置に装備された第2のポンプ手段とは、それぞれのピストンの変位位相を互いにずらして駆動されることを特徴とするアクチュエータ装置。
An actuator that reciprocally moves a piston in a cylinder using a functional fluid whose viscosity is changed by receiving electromagnetic energy as a working fluid;
Among the pair of cylinder chambers connected in parallel to the actuator and formed with a piston in the cylinder of the actuator, the functional fluid is discharged to one of the cylinder chambers and the function of the other cylinder chamber First and second fluid supply devices for inhaling sexual fluid;
A control circuit for controlling the operation of the first and second fluid supply devices, the first and second fluid supply devices,
A piping system connected to both cylinder chambers of the actuator;
A pump means interposed in the piping system for discharging / inhaling a functional fluid by reciprocating movement of a piston in the cylinder;
Providing electromagnetic energy to the functional fluid flowing through the piping system, provided at a plurality of locations in the piping system, to prevent the flow of the functional fluid at the plurality of locations in the piping system, from the discharge port of the pump means A valve means for forming a flow path leading to one cylinder chamber of the actuator and a flow path returning from the other cylinder chamber of the actuator to the suction port of the pump means, and the control circuit comprises:
First and second detection means for detecting the direction of movement of the piston of the pump means provided in the first and second fluid supply devices;
Control means for controlling the operation of the valve means on the basis of detection signals from the first and second detection means, and the control means controls the discharge port of the pump means when the piston movement direction is switched. Regardless of the switching, it forms a flow path from the discharge port to the same cylinder chamber of the actuator, and from the same cylinder chamber of the actuator regardless of the switching of the suction port accompanying the switching of the piston movement direction of the pump means. The operation of the valve means is controlled so as to form a flow path returning to the suction port, and the first pump means and the second fluid supply apparatus provided in the first fluid supply apparatus are provided. The second pump means is driven by shifting the displacement phase of each piston from each other.
前記機能性流体は電気粘性流体であって、前記バルブ手段は、機能性流体の流路を挟んで両側に配置された一対の電極を具えている請求項1に記載のアクチュエータ装置。2. The actuator device according to claim 1, wherein the functional fluid is an electrorheological fluid, and the valve means includes a pair of electrodes disposed on both sides of the functional fluid passage. 前記第1の検出手段は、第1のポンプ手段が介在する配管内の機能性流体の流れ方向を検出することによってピストン移動方向を検出するものであり、前記第2の検出手段は、第2のポンプ手段が介在する配管内の機能性流体の流れ方向を検出することによってピストン移動方向を検出するものである請求項1又は請求項2に記載のアクチュエータ装置。The first detection means detects a piston moving direction by detecting a flow direction of the functional fluid in the pipe in which the first pump means is interposed, and the second detection means is a second detection means. The actuator device according to claim 1 or 2, wherein the piston moving direction is detected by detecting a flow direction of the functional fluid in the pipe in which the pump means is interposed. 前記配管系は閉ループを形成する環状配管を具え、該環状配管の2箇所が2本の配管を経て前記アクチュエータの両シリンダ室に繋がると共に、該環状配管の前記2箇所と交差関係の2箇所が1本の配管を経て互いに繋がっており、該1本の配管に前記ポンプ手段が介在すると共に、該環状配管の他の配管との連結点に挟まれた4箇所に前記バルブ手段が配備されている請求項1又は請求項3の何れかに記載のアクチュエータ装置。The piping system includes an annular pipe that forms a closed loop, and two places of the annular pipe are connected to both cylinder chambers of the actuator via two pipes, and two places that intersect with the two places of the annular pipe are They are connected to each other through a single pipe, and the pump means is interposed in the single pipe, and the valve means is provided at four locations sandwiched between connection points with the other pipes of the annular pipe. The actuator device according to any one of claims 1 and 3. 前記制御手段は、前記第1及び/又は第2の検出手段によって検出される第1及び/又は第2のポンプ手段のピストン移動方向が逆転するタイミングに同期して、前記バルブ手段の動作を制御する請求項1乃至請求項4の何れかに記載のアクチュエータ装置。The control means controls the operation of the valve means in synchronism with the timing at which the piston movement direction of the first and / or second pump means detected by the first and / or second detection means is reversed. The actuator device according to any one of claims 1 to 4. 前記制御手段は、
第1のポンプ手段が第1の方向へ動作しているときに該ポンプ手段から吐出される機能性流体をアクチュエータへ送り込むと共に、第2のポンプ手段が第1の方向へ動作しているときに該ポンプ手段から吐出される機能性流体をアクチュエータへ送り込むべく、バルブ手段を制御する第1モードと、
第1のポンプ手段が第1の方向へ動作しているときに該ポンプ手段から吐出される機能性流体をアクチュエータへ送り込むと共に、第2のポンプ手段が第2の方向へ動作しているときに該ポンプ手段から吐出される機能性流体をアクチュエータへ送り込むべく、バルブ手段を制御する第2モードと、
第1のポンプ手段が第2の方向へ動作しているときに該ポンプ手段から吐出される機能性流体をアクチュエータへ送り込むと共に、第2のポンプ手段が第1の方向へ動作しているときに該ポンプ手段から吐出される機能性流体をアクチュエータへ送り込むべく、バルブ手段を制御する第3モードと、
第1のポンプ手段が第2の方向へ動作しているときに該ポンプ手段から吐出される機能性流体をアクチュエータへ送り込むと共に、第2のポンプ手段が第2の方向へ動作しているときに該ポンプ手段から吐出される機能性流体をアクチュエータへ送り込むべく、バルブ手段を制御する第4モード
とを繰り返す請求項1乃至請求項5の何れかに記載のアクチュエータ装置。
The control means includes
When the first pump means is operating in the first direction, the functional fluid discharged from the pump means is sent to the actuator, and when the second pump means is operating in the first direction. A first mode for controlling the valve means to send the functional fluid discharged from the pump means to the actuator;
When the first pump means is operating in the first direction, the functional fluid discharged from the pump means is sent to the actuator, and when the second pump means is operating in the second direction. A second mode for controlling the valve means to send the functional fluid discharged from the pump means to the actuator;
When the first pump means is operating in the second direction, the functional fluid discharged from the pump means is sent to the actuator, and when the second pump means is operating in the first direction. A third mode for controlling the valve means to send the functional fluid discharged from the pump means to the actuator;
When the first pump means is operating in the second direction, the functional fluid discharged from the pump means is sent to the actuator, and when the second pump means is operating in the second direction. 6. The actuator device according to claim 1, wherein a fourth mode for controlling the valve means is repeated so that the functional fluid discharged from the pump means is sent to the actuator.
前記第1のポンプ手段と前記第2のポンプ手段は、それぞれのピストンの往復移動の位相を互いに90度ずらして駆動される請求項6に記載のアクチュエータ装置。7. The actuator device according to claim 6, wherein the first pump means and the second pump means are driven by shifting the phase of reciprocal movement of each piston by 90 degrees from each other. 前記第1及び第2のポンプ手段はそれぞれ、ピストンが一方向へ移動する過程で、該ピストンの速度を時間に対して直線的に変化させる請求項1乃至請求項7の何れかに記載のアクチュエータ装置。The actuator according to any one of claims 1 to 7, wherein each of the first and second pump means changes the speed of the piston linearly with respect to time in the course of movement of the piston in one direction. apparatus.
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