JP4741950B2 - 流体シリンダを用いたアクチュエータ及びその制御方法並びにチョークバルブ装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体シリンダを用いたアクチュエータ及びその制御方法並びにこのアクチュエータに用いるチョークバルブ装置に関するものである。

特開２００３−３１１６６７公報に示されるように、ロボットの関節を動かすためのアクチュエータとしては、従来からサーボモータ等の電動モータが用いられている。これはモータであれば、比較的手軽に入手できるためである。しかしながらモータは、ロボット全体が大型化する問題があり、また重量があるためにロボットの機械的強度の設計も重要になる。エアシリンダ等の流体シリンダは、モータと比較して、小形軽量であり、また構造が単純でメンテナンスも容易である等の利点があるため、ロボット用のアクチュエータとして有用なものと考えられている。
特開２００３−３１１６６７公報

しかしながらエアシリンダのような流体シリンダの適用を阻む最も大きな欠点としては、任意の位置においてピストンを動かしにくくする性能すなわち剛性を発揮させることが難しいという欠点がある。これはモータと異なり力発生の応答性が低いために、ピストンの位置を保つために外力へ抗する力をすばやく発生できないことが主な原因であると考えられている。これを解消するために、摩擦ブレーキやラッチなどを付加する方法が存在するが、それらを付加するのであれば、モータのみを使う方が合理的である。したがって、極力単純な機構でこの剛性を与える方法が必要である。しかしながら、従来はこの要求に応えることができる技術は提案されていない。

本発明の目的は、簡単な構成でエアシリンダ等の流体シリンダに剛性を与えことができる流体シリンダを用いたアクチュエータ及びその制御方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、少ない部品点数で構成することができる流体シリンダを用いたアクチュエータを提供することにある。

本発明の他の目的は、剛性の調整が容易な流体シリンダを用いたアクチュエータを提供することにある。

本発明の他の目的は、流体シリンダを用いたアクチュエータ及びその制御方法に用いるのに適したチョークバルブ装置を提供することにある。

本発明の流体シリンダを用いたアクチュエータは、流体シリンダと、第１及び第２のチョークバルブ装置とを備えている。流体シリンダは、シリンダ室と、シリンダ室を第１のチャンバと第２のチャンバとに仕切るようにシリンダ室内にスライド自在に配置されたピストンとを有する。ここで流体シリンダとは、エアシリンダやオイルシリンダ等のように流体の圧力を駆動源として動作するシリンダを意味する。また第１のチョークバルブ装置は、流体圧源と第１のチャンバとの間に配置されて第１のチャンバ内へ入出する流体の流量を調整する。そして第２のチョークバルブ装置は、流体圧源と第２のチャンバとの間に配置されて第２のチャンバ内へ入出する流体の流量を調整する。ここで流体圧源は、第１及び第２のチョークバルブ装置に対してそれぞれ別個に設けてもよいが、第１及び第２のチョークバルブ装置に対して共通の１つの流体圧源を用いてもよいのは勿論である。

本発明では、第１のチョークバルブ装置及び第２のチョークバルブ装置は、それぞれ流体圧源側から対応するチャンバ側に向かう入方向に流体が流れるのを許容する供給バルブ機構と、チャンバ側から流体圧源側に向かう出方向に流体を流すことを許容する排出バルブ機構とを備えている。そして少なくとも排出バルブ機構として、バルブの開度が可変できるものを用いる。

流体シリンダへの流体の入出を止めたり、また流体シリンダに接続された流体の流路を細めたりすれば、圧縮される流体の反発力（スプリング効果）や、入出する流体の流量抵抗（ダンパ効果）によって、ピストンの運動の抵抗となる受動的な抗力が生じる。本発明はこの受動的な効力の発生に着目し、この抗力を流体シリンダの剛性として利用する。すなわち、流体シリンダにおける第１のチャンバと第２のチャンバから排出される流体が流れる流路において、流体の流れを適切に絞る（チョーク）ことにより、ピストンの運動に対する抗力を有効に発生し、この抗力を利用して流体シリンダに剛性を付与する（所定の位置でピストンが停止してピストンが外力によって動きにくくなる状態にする）。

例えば、ピストンをある運動方向に移動させた後に所定の位置で剛性を付与するためには、次のようにする。まずピストンを移動させる際に内部圧力を上昇させる必要のある側のチャンバに対して設けられた一方のチョークバルブ側の流体圧源からの流体の供給量（流体圧）を高める。次に、ピストンが移動して来る側のチャンバから流出する流体が流れるチョークバルブ装置により流体の流れを適宜に絞ることにより流体シリンダに剛性を付与する。この流体の流れを絞ることは、対応するチョークバルブ装置に設けられた排出バルブ機構のバルブの開度を変えることにより実現できる。この排出バルブ機構のバルブの開度を早期に０または０に近い値にすれば、早期にピストンを停止させて流体シリンダには高剛性を付与することができる。逆に、このバルブの開度を適宜に小さくすれば（調整すれば）、流体シリンダには低剛性を付与することができる。

チョークバルブ装置に設ける供給バルブ機構及び排出バルブ機構は、それぞれ別個の構造物として構成されたものを用いてもよいが、供給バルブ機構及び排出バルブ機構が一つの構造物の中に併存した複合形バルブ機構を用いることもできる。

別個の供給バルブ機構及び排出バルブ機構を用いる場合、例えば、排出バルブ機構は、バルブの位置を連続的に変えることができる連続可変式アクチュエータと、バルブの位置を検出するバルブ位置検出手段と、バルブ位置検出手段の出力に基づいて連続可変式アクチュエータをフィードバック制御する制御手段とから構成することができる。このような排出バルブ機構を用いると、バルブの位置をフィードバック制御により定めるため、迅速に且つ高い精度でバルブの開度を可変することができる。

また別個の供給バルブ機構及び排出バルブ機構を用いる場合の他の排出バルブ機構として、次の構成を備えたものを採用することができる。この排出バルブ機構は、並列接続された、排出流路の断面積が異なる複数種類の開閉バルブと、バルブ選択制御手段とを備えている。バルブ選択制御手段は、排出時に複数種類の開閉バルブから少なくとも１以上の開閉バルブを選択して選択した開閉バルブを開状態にする。このようにすると、選択した開閉バルブの数と種類の組み合わせにより、少ない数の開閉バルブを用いて、高速且つ高精度に、複数種類のバルブ開度（流体の絞り状態）を段階的に得ることができる。なお使用する複数種類の開閉バルブとして、排出流路の断面積が、最小の断面積の２^ｎ（ｎ＝０，１，２，３，…）倍の断面積を持つものを複数種類用意すると、配置する開閉バルブの数に対して最多の開度段階を得ることができる。

また複合型排出バルブ機構としては、例えば、弁座ブロックと、弁体ブロックと、静止ブロックとが組み合わされた第１のタイプの複合型排出バルブ機構を採用することができる。弁座ブロックは、並設された通路幅が一定の排出通路と通路幅が徐々に変化する供給通路とを有する。また弁体ブロックは、１つの流通通路と該流通通路に連続して設けられて該流通通路よりも断面積が大きい大形流通通路とを備えて弁座ブロックに対してスライド可能に設けられる。そして弁体ブロックは、供給時には供給通路を完全に開いて排出流路を完全に閉じ、排出時には供給通路を完全に閉じ、排出通路と流通通路の対向面積を連続的に可変できるように位置が制御される。静止ブロックは、弁体ブロックの位置の如何にかかわらず大形流通通路と常時連通する大形流通通路よりも断面積の小さい小形流通通路を備えた静止ブロックとを備えている。このような構成の複合型バルブ機構では、少ない部品点数で、しかも簡単な構造で、供給バルブ機構及び排出バルブ機構を１つの機構内に併存させることができる。

上記の具体的なバルブ機構は、小形に構成することが可能である。そのため流体シリンダの両側に隣接してそれぞれ供給バルブ機構と排出バルブ機構とを配置することができる。その結果、流体圧源と両バルブ機構との間の流体チューブを不要なものとすることも可能になる。

また第２のタイプの複合型排出バルブ機構としては、圧力制御バルブ機構と、圧力制御バルブ機構を通して流体圧源側から対応するチャンバ側に向かう入方向にのみ流体が流れるのを許容する一方向バルブ機構と、圧力制御バルブ機構を通して流体圧源側からチャンバ側に向かう入方向とチャンバ側から流体圧源側に向かう出方向の双方向に流体を流すことを許容する双方向バルブ機構とを備え、双方向バルブ機構が流体圧源から供給される流体の圧力によりバルブの開度が可変できるように構成されたものを用いることもできる。このような双方向バルブ機構を備えた複合形バルブ機構を用いると、対応するチャンバに流体を積極的に供給して流体シリンダのピストンを移動させている一方のチョークバルブ装置では、一方向バルブ機構と双方向バルブ機構の両方を介して流体がチャンバに供給される。この状態で、他方のチョークバルブ装置では一方向バルブ機構は閉鎖状態にあり、双方向バルブ機構の開度を調整して出方向の流体の流れを適切に絞ることにより、流体シリンダに適宜の剛性を付与することができる。より詳しく説明すると、流体シリンダへの流体の入出を止めたり、また流体シリンダに接続された流体の流路を細めたりすれば、圧縮される流体の反発力（スプリング効果）や、入出する流体の流量抵抗（ダンパ効果）によって、ピストンの運動の抵抗となる受動的な抗力が生じる。本発明はこの受動的な効力の発生に着目し、この抗力を流体シリンダの剛性として利用している。すなわち、流体シリンダにおける第１のチャンバと第２のチャンバに供給されるまたはこれらのチャンバから排出される流体が流れる流路において、流体の流れを適切に絞る（チョーク）ことにより、ピストンの運動に対する抗力を有効に発生し、この抗力を利用して流体シリンダに剛性を付与する（所定の位置でピストンが停止してピストンが外力によって動きにくくなる状態にする）。

例えば、ピストンをある運動方向に移動させた後に所定の位置で剛性を付与するためには、ピストンを移動させる際に内部圧力を上昇させる必要のある側のチャンバに対して設けられた一方のチョークバルブ側の流体圧源からの流体の供給量（流体圧）を高め、ピストンが移動して来る側のチャンバから流出する流体が流れるチョークバルブ装置において流体の流れを適宜に絞ることにより流体シリンダに剛性を付与する。絞りは、そのチョークバルブ装置に流体圧源から供給する流体の圧力を変えることにより双方向バルブ機構の開度調整することにより実現できる。この圧力を高くすれば、早期にピストンを停止させて流体シリンダには高剛性を付与することができる。逆に、この圧力を低くするとピストンは高速で移動し流体シリンダには低剛性を付与することになる。このような機能を、本願明細書では、流体圧に基づいて流路断面積を自動的に小さくする機能と定義する。またピストンを高速で運動させるためには、高い圧力の空気を大量に流体シリンダの一方のチャンバに流入させなければならない。そこで本発明では、チャンバへの流体の流入または供給のみを自由とするための一方向バルブ機構をバイパス手段として双方向バルブ機構に対して併設している。

双方向バルブ機構は、流体圧源から供給される流体の圧力により開度が調整可能であればどのような構成でもよい。しかしながら全体の重量を軽くして、しかも構造を簡単にするためには、バネ部材を用いるのが好ましい。そこで可動ニードルを備えたロッドと、可動ニードルが移動可能に貫通する貫通孔を備え且つこの貫通孔を通って流れる流体の流量が可動ニードルの位置によって制御される絞り部材と、貫通孔を通る流体が増える方向に可動ニードルを移動させるための付勢力をロッドに常時与えるバネ部材と、絞り部材の貫通孔を通る流体の流量が減少する方向に可動ニードルを移動させるために流体圧源から供給される流体の圧力を利用してバネ部材の付勢力に抗してロッドを変位させる流体駆動ロッド変位機構と、バネ部材の圧縮バネとして機能する区間のターン数を調整し得るバネ部材装着構造から双方向バルブ機構を構成することができる。ロッドを変位させて可動ニードルを絞り部材の貫通孔内で変位させることにより、貫通孔を双方向に流れる流体の流量を簡単に調整できる。

ここでチョークバルブ装置は、対応するチャンバに接続される第１の接続口、流体圧源に接続される第２の接続口及び第１の接続口と第２の接続口との間に位置して流体が流れる内部流路を備えた装置本体と、この装置本体に対してバネ部材を装着するバネ部材装着構造とを具備した構成とすることができる。装置本体の内部流路内には、絞り部材及び可動ニードルを備えたロッドの一部が配置される。そして絞り部材の外周部には、内部流路を囲む装置本体の内壁部との間に配置されて内壁部を弁座とするように動作する一方向バルブ機構のバルブを装着するのが好ましい。このような構成にすると、双方向バルブ機構と一方向バルブ機構とを同心的に配置することができ、バルブ機構の構造をコンパクトでしかも簡単なものにすることができる。

また前述の流体駆動ロッド変位機構は、バネ部材の付勢力に抗する力を流体の圧力を利用してロッドに作用させることができるものであればどのような構造であってもよい。例えば、装置本体の内部流路に連通するシリンダ部を設け、ロッドにはこのシリンダ部内をスライドするピストン部を装着して流体駆動ロッド変位機構を構成することができる。このようにすると、ロッドに沿って流体駆動ロッド変位機構を構成することができるので、装置本体の寸法を必要以上に大きくすることがなくなる。

またバネ部材装着構造は、シリンダ部から延び出るロッドの外側部分にバネ部材の付勢力を作用させるように構成すればよい。具体的には、バネ部材としては、装置本体側に内端を有しロッドの外側端部側に外端を有して圧縮状態で配置されるコイルバネ部材を用いることができる。そしてバネ部材装着構造は、ロッドの外側部分に固定されてロッドと一緒に動きコイルバネ部材の内側に位置してコイルバネ部材の内端と係合する係合部を備えた筒状部材と、この筒状部材の外側に位置し、装置本体に対して変位しないように設けられてコイルバネ部材の中間部分を保持するバネ部材中間部保持構造とから構成することができる。ここでバネ部材中間部保持構造は、コイルバネ部材の中間部分の保持位置を変えることにより、係合部との間に挟持するコイルバネ部材の長さを調整し得るように構成するのが好ましい。このようにするとアクチュエータの用途に応じて使用するコイルバネ部材のターン数を簡単に調整することができて、アクチュエータの制御特性を任意に調整することが可能になる。ここでコイルバネ部材のターン数とは、螺旋状にコイル線材が成形されて形成されるコイルバネ部材の表面に並んで現れるコイル線材の本数である。なお同じ区間内に配置されるコイルバネ部材のターン数が小さくなるほど、コイルバネ部材が硬くなり、流体圧源から供給される流体の圧力に対応する流路の絞り量が小さくなる。

このバネ部材端部保持構造は、コイルバネ部材の隣接する２つのターン部の間に挿入される楔部材を備えた構造にするのが好ましい。この楔部材は、コイルバネ部材を筒状部材を中心にして回転させることが可能な状態で配置する。コイルバネ部材を回転させると、楔部材のコイルバネ部材に対する相対的な位置が変わる。その結果、楔部材と係合部との間に位置するコイルバネ部材のターン数を変更して、コイルバネ部材の圧縮力を簡単かつ連続的に調整することが可能になる。

なお絞り部材とシリンダ部との間に位置する流路に第２の接続部が連通するように第２の接続部を配置する。このような配置構成にすると、第２の接続部の両側にロッドに沿ってバルブ機構と流体駆動ロッド変位機構とを配置することができ、チョークバルブ装置をコンパクトに構成することができる。

本発明の流体シリンダを用いたアクチュエータの制御方法では、第１及び第２のチョークバルブ装置の一方側からシリンダ室内に積極的に流体圧源から流体を供給して流体シリンダのピストンの位置を変位させる際に、第１及び第２のチョークバルブ装置の他方の排出バルブ機構の出方向に向かう流体の流量を制限することにより流体シリンダのピストンの外力による動き易さすなわち剛性を定める。

また前述の第２のタイプの複合形バルブ機構を用いる本発明の流体シリンダを用いたアクチュエータの制御方法では、第１及び第２のチョークバルブ装置の入方向側からシリンダ室内に積極的に流体を流体圧源から供給してピストンの位置を変位させる際に、第１及び第２のチョークバルブ装置の双方向バルブ機構の出方向に向かう流体の流量を制限することによりピストンの剛性を定める。またこの方法では、出方向側のチョークバルブ装置に流体圧源から積極的に流体を供給して、ロッドに設けたピストン部を変位させることにより積極的に可動ニードルで絞り部材の貫通孔を閉鎖することにより流体シリンダのピストンを停止させることができる。この制御方法によれば、第１及び第２のチョークバルブ装置の双方向バルブ機構の開度を調整することにより、流体シリンダの剛性と停止位置とを簡単且つ任意に定めることができる。

本発明の流体シリンダを用いたアクチュエータの第１の実施の形態の概念図である。 本発明の流体シリンダを用いたアクチュエータの第２の実施の形態の概念図である。 本発明の流体シリンダを用いたアクチュエータの第３の実施の形態の概念図である。 図３の第３の実施の形態で用いる複合形バルブ機構（弁座ブロック、弁体ブロック及び静止ブロック）の吸排出が停止されている状態を示す半部断面図である。 図３の実施の形態で用いる複合形バルブ機構（弁座ブロック、弁体ブロック及び静止ブロック）の供給時の状態を示す半部断面図である。 図３の実施の形態で用いる複合形バルブ機構（弁座ブロック、弁体ブロック及び静止ブロック）の排出時の状態を示す半部断面図である。 図３の複合形バルブ機構（弁座ブロック、弁体ブロック及び静止ブロック）の分解斜視図である。 図５Ａの内部を透視する透視分解斜視図である。 図５Ａの１８０度異なる方向から見た分解斜視図である。 図５Ａの弁座ブロックを弁体ブロック側から見た図である。 図６Ａの弁座ブロックのVIＡ−VIＡ線断面図である。 図５Ａの弁体ブロックを弁座ブロック側から見た図である。 図７Ａの弁体ブロックのVIIＡ−VIIＡ線断面図である。 本発明の流体シリンダを用いたアクチュエータの第４の実施の形態の概念図である。 図８の第４の実施の形態で用いる本発明のチョークバルブ装置（一方向バルブ機構および双方向バルブ機構）の一部分解斜視図である。 図８の第４の実施の形態で用いるチョークバルブ装置（一方向バルブ機構および双方向バルブ機構）の分解斜視図である。 図１０Ａの９０度異なる方向から見た分解斜視図である。 図８の第４の実施の形態で用いるチョークバルブ装置（一方向バルブ機構および双方向バルブ機構）の半部断面斜視図である。 図１１Ａの状態を９０度異なる方向から見た分解斜視図である。 図８の第４の実施の形態で用いるチョークバルブ装置（一方向バルブ機構および双方向バルブ機構）の縦断面図である。 図８の第４の実施の形態で用いるバネ部材中間部保持構造の半部断面平面図である。 図８の第４の実施の形態で用いるチョークバルブ装置の絞り機構（双方向バルブ機構の開度が全開時）の拡大部分断面図である。 図８の第４の実施の形態で用いるチョークバルブ装置の絞り機構（双方向バルブ機構の開度が半開時）の拡大部分断面図である。 図８の第４の実施の形態で用いるチョークバルブ装置の絞り機構（双方向バルブ機構の開度が閉鎖時）の拡大部分断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１乃至図３及び図８は、本発明の流体シリンダを用いたアクチュエータの第１乃至第４の実施の形態の構成を概念的に示す概念図である。

まず、第１乃至第４の実施の形態のアクチュエータの共通点について説明する。第１乃至第４の実施の形態の流体シリンダを用いたアクチュエータは、流体シリンダ１、第１のチョークバルブ装置３，１０３，２０３，３０３及び第２のチョークバルブ装置５，１０５，２０５，３０５とを備えている。流体シリンダ１は、シリンダ室７と、シリンダ室７を第１のチャンバ９と第２のチャンバ１１とに仕切るようにシリンダ室７内にスライド自在に配置されたピストン１２とを有する。この例では、流体シリンダ１としてエアシリンダを用いるものとして説明する。しかし流体シリンダ１としては流体の圧力を駆動源として動作するシリンダであればオイルシリンダ等を用いることができるのは当然である。

第１のチョークバルブ装置３，１０３，２０３，３０３は、図示しない流体圧源と第１のチャンバ９との間に配置されて第１のチャンバ９内へ入出する流体の流量を調整する。ここで流体圧源は、第１のチャンバ側９の圧力が流体圧源から供給する流体の圧力よりも大きくなったときには、第１のチャンバ９側から流出した流体を受け入れるように構成されている。また第２のチョークバルブ装置５，１０５，２０５，３０５は、流体圧源と第２のチャンバ１１との間に配置されて第２のチャンバ１１内へ入出する流体の流量を調整する。なお、第２のチョークバルブ装置５，１０５，２０５，３０５は、第１のチョークバルブ装置３，１０３，２０３，３０３と同じ構造を有し同一の作用を発揮するため、詳細を省略した単なるブロック図として示す。そこで以下の説明では、第１のチョークバルブ装置３，１０３，２０３，３０３の構成を説明することによって、第２のチョークバルブ装置５，１０５，２０５，３０５の説明は省略する。

本発明の実施の形態では、流体圧源は、第１及び第２のチョークバルブ装置３，１０３，２０３，３０３及び５，１０５，２０５，３０５に対してそれぞれ別個に設けられている。しかしながら、第１及び第２のチョークバルブ装置３，１０３，２０３，３０３及び５，１０５，２０５，３０５に対して共通の１つの流体圧源を用いることもできる。共通の１つの流体圧源を用いる場合には、共通の流体圧源と第１及び第２のチョークバルブ装置３，１０３，２０３，３０３及び５，１０５，２０５，３０５との間に切り替え手段を設けておけばよい。

図１は、本発明の第１の実施の形態の流体シリンダを用いたアクチュエータの構成を概略的に示す図である。図１に示すように第１のチョークバルブ装置３及び第２のチョークバルブ装置５は、それぞれ図示しない流体圧源側から対応するチャンバ側に向かう入方向に流体が流れるのを許容する供給バルブ機構１３と、チャンバ側から流体圧源側に向かう出方向に流体を流すことを許容する排出バルブ機構１５とを備えている。供給バルブ機構１３および排出バルブ機構１５は、流体の入出を行う供給口１４および排出口１６をそれぞれ有する。本実施の形態では、排出バルブ機構１５は、バルブの開度が可変できるように構成されている。バルブの開度を可変にするために、本実施の形態では、バルブの位置を連続的に変えることができる連続可変式アクチュエータＡＣと、バルブの位置を検出するバルブ位置検出手段ＰＳと、制御手段ＣＭとを備えている。制御手段ＣＭは、バルブ位置検出手段ＰＳの出力に基づいて連続可変式アクチュエータＡＣをフィードバック制御する。このような構成にすると、流体シリンダ１への流体の入出を止めたり、また流体シリンダ１に接続された流体の流路を細めたりすることにより、圧縮される流体の反発力（スプリング効果）や、入出する流体の流量抵抗（ダンパ効果）が発生するため、ピストン１２の運動の抵抗となる受動的な抗力を生じさせることができる。本発明の実施の形態は、この抗力を流体シリンダの剛性として利用している。すなわち、流体シリンダ１における第１のチャンバ９と第２のチャンバ１１から排出される流体が流れる流路において、排出される流体の流れを適切に絞る（チョーク）ことにより、ピストン１２の運動に対する抗力が有効に発生し、この抗力を利用して流体シリンダ１に剛性を付与することができる（所定の位置でピストン１２が停止してピストン１２が外力によって動きにくくなる状態にすることができる）。

例えば、ピストン１２を第２のチャンバ１１側から第１のチャンバ９側方向に移動させた後に所定の位置で剛性を付与するためには、まず第２のチョークバルブ装置５側の流体圧源からの流体の供給量（流体圧）を高めて、第２のチャンバ１１の内部圧力を上昇させる。次に、ピストン１２が移動して来る第１のチャンバ９側のチャンバから流出する流体が流れる第１のチョークバルブ装置３内の排出バルブ機構のバルブの開度を適宜に調節して流体の流れを適宜に絞ることにより流体シリンダに剛性を付与する。この流体の流れを絞ることは、第１のチョークバルブ装置３に設けられた排出バルブ機構１５のバルブの開度を、制御手段ＣＭからの制御指令に基づいて連続可変式アクチュエータＡＣを連続的に動作させてことにより実現できる。この排出バルブ機構１５のバルブの開度を早期に０または０に近い値にすれば、早期にピストン１２を停止させて流体シリンダ１には高剛性を付与することができる。逆に、このバルブの開度を適宜に小さくすれば（調整すれば）、流体シリンダには低剛性を付与することができる。なお、本実施の形態では、排出バルブ機構１５のみバルブの開度が可変できるように構成されているが、この構成は排出バルブ機構１５だけでなく供給バルブ機構１３に設けてもよい。このようにすれば、流体の入出制御を高い精度で行うことができるため、流体シリンダ１に所望の剛性を与えることができる。

また図２は、本発明の第２の実施の形態を示す図であり、第１の実施の形態と同様に別個の供給バルブ機構及び排出バルブ機構を用いるタイプのものである。なお図２には、図１に示した第１の実施の形態の構成と同様の構成には、流体シリンダの構成部分を除いて、図１に付した符号の数に１００の数を加えた数の符号を付し、説明を省略する場合もある。この実施の形態では、排出バルブ機構１１５として、並列接続された、排出流路の断面積が異なる複数種類の開閉バルブ１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃと、バルブ選択制御手段１２０とを備えている。また供給バルブ機構１１３及び排出バルブ機構１１５は、流体の入出を行うために供給口１１４及び排出口１１６を有する。バルブ選択制御手段１２０は、排出時に複数種類の開閉バルブ１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃから少なくとも１以上の開閉バルブを選択して選択した開閉バルブを開状態にする。このようにすると、選択した開閉バルブの数と種類の組み合わせにより、少ない数の開閉バルブを用いて、複数種類のバルブ開度（流体の絞り状態）を段階的に得ることができる。複数種類の開閉バルブとしては、例えば、排出流路の断面積が、最小の断面積の２^ｎ（ｎ＝０，１，２，３，…）倍の断面積を持つものを用いることができる。本実施の形態では３つの開閉バルブの断面積はそれぞれ１：２：４の比率［最小の断面積の２^ｎ（ｎ＝０，１，２，３，…）倍の断面積］で構成されている。この場合、各開閉バルブを個々に開閉するだけで、流体の排出量を０：１：２：３：４：５：６：７の比率に調整することができる。すなわち、ｎ＋１個の開閉バルブを配置し、それらを個々に開閉することにより２^ｎ＋１種類の排出量を多段階に設定できるため、高速且つ高精度に排出流量ならびに剛性を調整することが可能になる。

図３乃至図７は、複合型排出バルブ機構を用いた第３の実施の形態の流体シリンダを用いたアクチュエータの概略構成を示す図である。この実施の形態では、図４乃至図７に示すように、弁座ブロック２２３と、弁体ブロック２２７と、静止ブロック２２９とが組み合わされた第１の複合型排出バルブ機構２０３および第２の複合型排出バルブ機構２０５を採用する。第１及び第２の複合型排出バルブ機構２０３，２０５は、流体の入出を行う供給口２１４および排出口２１６を有している。

ここで、図４Ａ乃至図７Ｂにより、複合型排出バルブ機構２０３の構造とその動作を説明する。弁座ブロック２２３は、並設された通路幅が一定の供給通路２２３Ａと通路幅が徐々に変化する排出通路２２３Ｂとを有する。具体的には、供給通路２２３Ａは、弁座ブロック２２３内に直方体の空間を構成するように形成されている。これに対して排出通路２２３Ｂは、供給通路２２３Ａ側と対向する側が上底でその反対側が下底となる台形柱の空間を構成するように形成されている（図５Ｂ）。後述の弁体ブロック２２７と接触する面とは反対側の位地に、供給通路２２３Ａ、排出通路２２３Ｂとそれぞれ連通する供給口２２３Ｃ、排出口２２３Ｄが設けられている。また弁体ブロック２２７は、１つの流通通路２２７Ａと流通通路２２７Ａに連続して設けられて流通通路２２７Ａよりも断面積が大きい大形流通通路２２７Ｂとを備えて弁座ブロック２２３に対してスライド可能に設けられている。そして弁体ブロック２２７は、流体供給時には供給通路２２３Ａを完全に開いて排出通路２２３Ｂを完全に閉じ（図４Ｂ）、流体排出時には供給通路２２３Ａを完全に閉じ（図４Ａ）、排出通路２２３Ｂと流通通路２２７Ａの対向面積を連続的に可変できるように位置が制御される。静止ブロック２２９は、弁体ブロック２２７の位置の如何にかかわらず大形流通通路２２７Ｂと常時連通する大形流通通路２２７Ｂよりも断面積の小さい小形流通通路２２９Ａを備えた静止ブロックとを備えている。供給口２２３Ｃ及び排出口２２３Ｄは、小形流通通路２２９Ａとほぼ同径の形状を有する。第３の実施の形態における複合型バルブ機構を用いると、少ない部品点数で、しかも簡単な構造で、供給バルブ機構及び排出バルブ機構を１つの機構内に併存させることができる。

図８乃至図１４は、第２のタイプの複合型排出バルブ機構を有する本発明の第４の実施の形態を示す図である。この実施の形態では、圧力制御バルブ機構３１３，３１３´と、この圧力制御バルブ機構３１３，３１３´を通して図示しない流体圧源側から対応するチャンバ側に向かう入方向にのみ流体が流れるのを許容する一方向バルブ機構１７，１７´と、圧力制御バルブ機構３１３，３１３´を通して流体圧源側からチャンバ側に向かう入方向とチャンバ側から流体圧源側に向かう出方向の双方向に流体を流すことを許容する双方向バルブ機構１９，１９´とを備えている。圧力制御バルブ機構３１３，３１３´は、流体圧源により流体の供給および排出をそれぞれ一方向に行う供給バルブおよび排出バルブが一体になった吸排出バルブからなり、供給バルブ及び排出バルブには流体の供給を行う供給口３１４及び流体の排出を行う排出口３１６が設けられている。

この場合は、双方向バルブ機構１９，１９´として図示しない流体圧源から供給される流体の圧力によりバルブの開度が可変できるように構成されたものを用いることもできる。このような双方向バルブ機構を備えた複合形バルブ機構を用いると、対応するチャンバに流体を積極的に供給して流体シリンダ１のピストン１２を移動させている一方のチョークバルブ装置では、一方向バルブ機構と双方向バルブ機構の両方を介して流体がチャンバに供給される。一方向バルブ機構１７，１７´は、流体圧源側から対応するチャンバ９，１１側に向かう入方向にのみ流体が流れるのを許容している。双方向バルブ機構１９，１９´は、図示しない流体圧源側からチャンバ９，１１側に向かう入方向とチャンバ９，１１側から流体圧源側に向かう出方向の双方向に流体を流すことを許容し、流体圧源から供給される流体の圧力により開度の調整が可能に構成されている。このような双方向バルブ機構１９，１９´を備えたチョークバルブ装置３０３，３０５を用いると、対応するチャンバ９，１１に流体を積極的に供給して流体シリンダ１のピストン１２を移動させているチョークバルブ装置３０３，３０５の一方では、一方向バルブ機構１７，１７´と双方向バルブ機構１９，１９´の両方を介して流体がチャンバ９，１１に供給される。

この状態で、チョークバルブ装置３０３，３０５の他方では一方向バルブ機構１７´，１７は閉鎖状態にあり、双方向バルブ機構１９´，１９の開度を調整して出方向の流体の流れを適切に絞ることにより、流体シリンダ１に適宜の剛性を付与することができる。つまり、流体シリンダ１への流体の入出を止めたり、また流体シリンダ１に接続された流体の流路を細めたりすれば、圧縮される流体（この例ではエアー）の反発力（スプリング効果）や、入出する流体（この例ではエアー）の流量抵抗（ダンパ効果）によって、ピストン１２の運動の抵抗となる受動的な抗力が生じる。その結果、流体シリンダ１における第１のチャンバ９と第２のチャンバ１１に供給されるまたはこれらのチャンバ９，１１から排出される流体が流れる流路において、流体の流れを適切に絞る（チョーク）ことにより、ピストン１２の運動に対する抗力を有効に発生し、この抗力を利用して流体シリンダ１に剛性を付与することができる。すなわち、所定の位置でピストン１２を停止させてピストン１２を外力によって動きにくい状態または、全く動かない状態にすることができる。

例えば、ピストン１２を第２のチャンバ１１側から第１のチャンバ９側方向に移動させた後に所定の位置で剛性を付与する場合は、内部圧力を上昇させる必要のある側の第２のチャンバ１１に対して設けられた第２のチョークバルブ３０５側の流体圧源からの流体の供給量（流体圧）を高め、ピストン１２が移動して来る側の第１のチャンバ９から流出する流体が流れる第１のチョークバルブ装置３０３において流体の流れを適宜に絞ることにより流体シリンダ１に剛性を付与する。絞りは、そのチョークバルブ装置に流体圧源から供給する流体の圧力を変えることにより双方向バルブ機構１９，１９´の開度を調整することにより実現する。この圧力を高くすれば、早期にピストン１２を停止させて流体シリンダ１には高剛性を付与することができる。逆に、この圧力を低くするとピストン１２は高速で移動し流体シリンダ１には低剛性を付与することができる。またピストン１２を高速で運動させるためには、高い圧力の流体（エアー）を大量に流体シリンダ１の一方のチャンバ９，１１に流入させなければならない。そのため、本実施の形態では、チャンバ９，１１への流体の流入または供給のみを自由とするための一方向バルブ機構１７，１７´をバイパス手段として双方向バルブ機構１９，１９´に対して併設している。

次に、本発明の流体シリンダを用いたアクチュエータに使用するチョークバルブ装置３０３，３０５の一例について説明する。図９は本発明の実施の形態で用いるチョークバルブ装置３０３，３０５の一部分解斜視図であり、図１０Ａは図９のチョークバルブ装置３０３，３０５の分解斜視図であり、図１０Ｂは図１０Ａとは９０度異なる方向から見た分解斜視図であり、図１１Ａは図９のチョークバルブ装置３０３，３０５の半部断面斜視図であり、図１１Ｂは図１１Ａとは９０度異なる方向から見た分解斜視図であり、図１２は図９のチョークバルブ装置３０３，３０５の縦断面図である。これらの図において、符号３０を付した部材は、チョークバルブ装置３０３，３０５のハウジングである。このハウジング３０は、内部に流路本体３２を備えている。流路本体３２は、ハウジング３０に対してビス３８により固定されている。流路本体３２は、内部に流路を有する筒状の本体部３２Ａと後に説明する筒状のシリンダ部４９とを一体に備えている。本体部３２Ａの内部空間とシリンダ部４９の内部空間とは連通している。本体部３２Ａの外周部には、径方向に周壁を貫通する貫通孔３２Ｂが形成されており、また周方向に延びるオーリング嵌合溝３２Ｃが形成されている。オーリング嵌合溝３２Ｃには、オーリング４８が嵌合されている。ハウジング３０は、流路本体３２に形成された貫通孔３２Ｂに対応する位置に径方向に貫通する貫通孔３０Ａを備えている。またハウジング３０には、貫通孔３０Ａと径方向に対向する位置に別の貫通孔３０Ｂが形成されており、さらにハウジング３０の後半部分には長手方向に並び径方向に対向する６つの貫通孔３０Ｃが形成されている。これらの貫通孔３０Ｃは、ハウジング３０の軽量化に寄与し、また後述するコイルバネ部材２９が変位する際の空気抜き孔として機能する。なお、コイルバネ部材２９は、本発明のバネ部材として機能している。

ハウジング３０の前方側端部には、第１のジョイント部材３４が固定されている。そして第１のジョイント部材３４は、ハウジング３０の前方端部に嵌合される環状の環状部３４ａを備えた本体部３４Ａを有している。環状部３４ａの外周部にはオーリング４６が嵌合される環状の溝が形成されている。また第１のジョイント部材３４の本体部３４Ａには管路接続用ノズル３４Ｂが嵌合されている。この管路接続用ノズル３４Ｂが、対応するチャンバ９，１１に接続される第１の接続口３３を構成している。またハウジング３０の貫通孔３０Ａと流路本体３２の貫通孔３２Ｂとが整合して形成されて図示しない流体圧源に接続される第２の接続口３５が構成されている。第２の接続口３５には、チョークバルブ装置３０３，３０５と流体圧源とを接続する第２のジョイント部材３６が嵌合されて固定されている。なおハウジング３０の前方部分と流路本体３２とにより第１の接続口３３と第２の接続口３５との間に位置して流体が流れる内部流路３７を備えた装置本体３９が構成されている。そして装置本体３９に対しては、コイルバネ部材２９を装着するバネ部材装着構造４１が設けられている。

ハウジング３０の内部には、流路本体３２と第１のジョイント部材３４との間に、一般的にオリフィスと呼ばれる絞り部材２７が配置されている。絞り部材２７は、筒状の周壁部２７Ａと筒状の周壁部２７Ａの一端を塞ぐ底壁部２７Ｂとを備えている。底壁部２７Ｂには、可動ニードル２１が移動可能に貫通する貫通孔２５が形成されている。図１４に示されるように、絞り部材２７の外径寸法は、流路本体３２の前方側開口部の内部に形成されたテーパー面に当接して後方への移動が阻止可能な寸法を有している。図１４Ａに拡大して示すように、絞り部材２７の周壁部２７Ａの外周部には、環状の溝２７Ｃが形成されている。この溝２７Ｃには、内部流路３７を囲む装置本体の内壁部（ハウジング３０の内壁部）との間に配置されて内壁部を弁座とするように動作する一方向バルブ機構１７，１７´のゴム製のバルブ４７が嵌合されて固定されている。このバルブ４７は、リング形状を有しており、しかもハウジング３０の前方側端面に開口する横断面形状がＶ字状をなす溝４７Ａを備えている。

絞り部材２７の貫通孔２５を、可動ニードル２１の一部が貫通している。可動ニードル２１は、後述するロッド２３の先端部に螺合されて固定される固定側ねじ付端部２１Ａと、このねじ付端部２１Ａよりも大径の部分２１Ｂと、この部分に連続して前方側に向かって広がる環状のテーパー部２１Ｃと、テーパー部２１Ｃと連続して絞り部材２７の内部に位置する部分２１Ｄと、この部分２１Ｄと連続して設けられてドライバスロット２１Ｆが形成された頭部２１Ｅとを有している。ドライバスロット２１Ｆにマイナスドライバの先端を嵌合して回転させることにより、可動ニードル２１はロッド２３の先端に設けられた図示しないねじ孔部にねじ付端部２１Ａが螺合される。テーパー部２１Ｃの前方に位置する部分２１Ｄが貫通孔２５に嵌合され、頭部２１Ｅが絞り部材２７の底壁部２７Ｂと当接することにより、貫通孔２５を通る流体の流れが完全に停止される。可動ニードル２１の位置が変わってテーパー部２１Ｃまたは部分２１Ｄと貫通孔２５の縁部との間の間隙寸法が変わることにより貫通孔２５を通る流体の流量が調整される。この例では、可動ニードル２１と絞り部材２７とにより双方向バルブ機構１９，１９´が構成されている。

ロッド２３は、可動ニードル２１が固定される先端部２３Ａと、後述するピストン部５１が嵌合されて固定されるロッド本体２３Ｂと、ハウジング３０の外部に突出する突出端部２３Ｃとを備えている。ロッド本体２３Ｂの突出端部２３Ｃ側の部分には、ロッド２３の長手方向に沿って嵌合溝２３Ｄが形成されている。ロッド２３のロッド本体２３Ｂに固定されたピストン部５１は、流路本体３２に一体に設けられたシリンダ部４９内にスライド可能に嵌合されている。

ロッド２３は、コイルバネ部材２９によって常時付勢されている。コイルバネ部材２９は、絞り部材２７の貫通孔２５を通る流体の流量が増える方向に可動ニードル２１を移動させるための付勢力をロッド２３に常時与える。このアクチュエータ装置では、絞り部材２７の貫通孔２５を通る流体の流量が減少する方向に可動ニードル２１を移動させるために流体圧源から供給される流体の圧力を利用してコイルバネ部材２９の付勢力に抗してロッド２３を変位させる流体駆動ロッド変位機構３１を備えている。具体的には、流体駆動ロッド変位機構３１は、装置本体３９の内部流路３７に連通するシリンダ部４９と、ロッド２３に固定されてシリンダ部４９内をスライドするピストン部５１とを備えている。流体圧源からの流体の圧力で流路本体３２内の圧力の増加に応じて、コイルバネ部材２９の付勢力に抗してピストン部５１が絞り部材２７から離れる方向に変位する。コイルバネ部材２９は、バネ部材装着構造４１によってハウジング３０に対して装着されている。ピストン部５１が絞り部材２７から離れる方向に最大限変位すると、可動ニードル２１が貫通孔２５を完全に閉じる。

バネ部材装着構造４１は、シリンダ部４９から延び出るロッド２３の外側部分を構成する突出端部２３Ｃにコイルバネ部材２９の付勢力を作用させるように構成されている。この例で用いているコイルバネ部材２９は、装置本体３９側に内端を有しロッド２３の外側端部側に外端を有して圧縮状態で配置される。バネ部材装着構造４１は、筒状部材５９と、バネ部材中間部保持構造６１とから構成されている。筒状部材５９は、主要部分がハウジング３０の内部に配置され、シリンダ部４９に対して一端が嵌合されている。筒状部材５９の一端（内端）には係合部を構成するフランジ部５９Ａが一体に設けられており、このフランジ部５９Ａにはコイルバネ部材２９の内端が係合している。筒状部材５９の他端（外端）には、ロッド２３に形成された嵌合溝２３Ｄが形成された部分がきつく嵌合される嵌合孔５９Ｂが形成されている。嵌合孔５９Ｂが形成された部分５９Ｃが、ロッド２３の嵌合溝２３Ｄの内側端部に隣接する面２３Ｅと係合することにより、ロッド２３と筒状部材５９との位置決めが図られる。ロッド２３と筒状部材５９とは一緒になって変位する。

バネ部材中間部保持構造６１は、筒状部材５９の部分５９Ｃの外側に位置し、装置本体３９に対して変位しないようにハウジング３０の端部に固定され、コイルバネ部材２９の中間部分２９ａを保持するように構成されている。この例のバネ部材中間部保持構造６１では、コイルバネ部材２９の中間部分２９ａの保持位置を変えることができるようになっている。具体的には、バネ部材中間部保持構造６１は、図１３に示すようにコイルバネ部材２９の隣接する２つのターン部２９ｂとターン部２９ｃとの間に挿入される楔部材６４と、楔部材６４に取付られた狭持片６５とから構成されている。楔部材６４は、ハウジング３０に接着剤で固定されている。楔部材６４をハウジング３０に固定する方法としては、溶接等の適宜の取り付け手段を用いても良いのはもちろんである。狭持片６５は、コイルバネ部材２９のターン部の一部分を狭持するようにねじにより楔部材６４に取り付けられている。これにより、コイルバネ部材２９が回転しなくなる。狭持片６５を楔部材６４から取り外した状態で、この楔部材６４は、コイルバネ部材２９を、筒状部材５９を中心にして回転させることが可能な状態で配置されている。コイルバネ部材２９を回転させると、楔部材６４のコイルバネ部材２９に対する相対的な位置が変わる。その結果、楔部材６４と係合部を構成するフランジ部５９Ａとの間に位置するコイルバネ部材２９のターン数を変更して、アクチュエータの制御特性を任意に調整することが可能になる。また、コイルバネ部材２９は、狭持片６５の楔部材６４が固定される面と反対の面を支点として変位することになる。

図１４Ａ〜図１４Ｃは、上記実施の形態で用いる第１のチョークバルブ装置３０３の双方向バルブ機構１９の開度がそれぞれ全開、半開及び閉鎖の各状態における絞り部材２７の拡大部分断面図である。図１４Ａ〜図１４Ｃを用いて第１のチョークバルブ装置３０３におけるバルブ機構１７，１９について説明する。この実施の形態では、可動ニードル２１のストロークは最大で１０ｍｍ移動可能に設定されている。チャンバ９，１１内の流体の圧力が０の状態では、可動ニードル２１が最も左に位置し、双方向バルブ機構１９の開度は全開となっている（図１４Ａ）。同時に一方向バルブ機構１７の開度も全開となっている。チャンバ９，１１内の流体の圧力が０より大きくなるに従って可動ニードル２１は右に移動し（図１４Ｂ）、同時に双方向バルブ機構の開度も閉まる方向に小さくなる。チャンバ９，１１内の流体の圧力が一定圧力以上になると、図１４Ｃに示すように可動ニードル２１は最も右に位置して、双方向バルブ機構１９は全閉状態となる。

楔部材６４のコイルバネ部材２９に対する相対的な位置を変更する際には、双方向バルブ機構１９の開度が全開となるために可動ニードル２１が最も左に位置する状態において、コイルバネ部材２９の付勢力が零となりかつコイルバネ部材２９の内端とフランジ部５９Ａの接触が保たれるため、ロッド２３と筒状部材５９との間の相対的な勘合位置も同時に変更する。勘合位置の変更は、ロッド２３と筒状部材５９を結合する結合ねじ４３を一旦緩め、嵌合溝２３Ｄに沿って筒状部材５９をスライドさせることにより行う。なお、適切な固定位置は、図１２に示す筒状部材５９の外端部とロッド２３の外端部との間の長さＬ２を見ることにより容易に判断可能である。

次に本発明の実施の形態における流体シリンダ１を用いたアクチュエータの制御方法について説明する。例えば、第２のチョークバルブ装置３０５の入方向側からシリンダ室７内に積極的に流体を流体圧源から供給してピストン１２の位置を変位させる際に、第１のチョークバルブ装置３０３の双方向バルブ機構１９の出方向に向かう流体の流量を制限することによりピストンの剛性を定めるものとする。この場合には、第１のチョークバルブ装置３０３に流体圧源から積極的に流体を供給して、ロッド２３に設けたピストン部５１を変位させることにより積極的に可動ニードル２１で絞り部材２７（オリフィス）の貫通孔を閉鎖することにより流体シリンダ１のピストンを停止させることができる。このようにすると、チョークバルブ装置３０３，３０５の双方向バルブ機構１９，１９´の開度を調整することにより、流体シリンダ１の剛性と停止位置とを簡単且つ任意に定めることができる。

本発明によれば、チョークバルブ装置の排出バルブ機構のバルブの開度を調整することにより、流体シリンダに剛性を付与することができる。そのため本発明により、流体シリンダをロボット等の制御機器の駆動用アクチュエータとして現実的に利用することが可能になる。

Claims (10)

1. シリンダ室と、
   前記シリンダ室を第１のチャンバと第２のチャンバとに仕切るように前記シリンダ室内にスライド自在に配置されたピストンとを有する流体シリンダと、
   流体圧源と前記第１のチャンバとの間に配置されて前記第１のチャンバ内の流体圧を調整する第１のチョークバルブ装置と、
   前記流体圧源と前記第２のチャンバとの間に配置されて前記第２のチャンバ内の流体圧を調整する第２のチョークバルブ装置とを備え、
   前記第１のチョークバルブ装置及び前記第２のチョークバルブ装置は、それぞれ前記流体圧源側から対応する前記チャンバ側に向かう入方向に流体が流れるのを許容する供給バルブ機構と、前記チャンバ側から前記流体圧源側に向かう出方向に前記流体を流すことを許容する排出バルブ機構とを備え、
   少なくとも前記排出バルブ機構はバルブの開度が可変できることを特徴とする流体シリンダを用いたアクチュエータであって、
   前記供給バルブ機構と前記排出バルブ機構とが、圧力制御バルブ機構と、前記圧力制御バルブ機構を通して前記流体圧源側から対応する前記チャンバ側に向かう入方向にのみ流体が流れるのを許容する一方向バルブ機構と、前記圧力制御バルブ機構を通して前記流体圧源側から前記チャンバ側に向かう入方向と前記チャンバ側から前記流体圧源側に向かう出方向の双方向に前記流体を流すことを許容する双方向バルブ機構とを備え、前記双方向バルブ機構が前記流体圧源から供給される前記流体の圧力によりバルブの開度が可変できるように構成された複合型バルブ機構内に併存していることを特徴とする流体シリンダを用いたアクチュエータ。
2. 前記双方向バルブ機構が、可動ニードルを備えたロッドと、前記可動ニードルが移動可能に貫通する貫通孔を備え且つ前記貫通孔を通って流れる前記流体の流量が前記可動ニードルの位置によって制御される絞り部材と、前記貫通孔を通る前記流体が増える方向に前記可動ニードルを移動させるための付勢力を前記ロッドに常時与えるバネ部材と、前記絞り部材の前記貫通孔を通る前記流体の流量が減少する方向に前記可動ニードルを移動させるために前記流体圧源から供給される前記流体の圧力を利用して前記バネ部材の前記付勢力に抗して前記ロッドを変位させる流体駆動ロッド変位機構とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の流体シリンダを用いたアクチュエータ。
3. 前記チョークバルブ装置は、対応する前記チャンバに接続される第１の接続口、前記流体圧源に接続される第２の接続口及び前記第１の接続口と前記第２の接続口との間に位置して前記流体が流れる内部流路を備えた装置本体と、前記装置本体に対して前記バネ部材を装着するバネ部材装着構造とを具備し、前記装置本体の前記内部流路内に前記絞り部材と前記可動ニードルを備えた前記ロッドの一部とが配置され、前記絞り部材の外周部には、前記内部流路を囲む前記装置本体の内壁部との間に配置されて前記内壁部を弁座とするように動作する前記一方向バルブ機構のバルブが装着されている請求項２に記載の流体シリンダを用いたアクチュエータ。
4. 前記装置本体には前記内部流路に連通するシリンダ部が設けられ且つ前記ロッドには前記シリンダ部内をスライドするピストン部が装着されて前記流体駆動ロッド変位機構が構成され、前記シリンダ部から延び出る前記ロッドの外側部分に前記バネ部材の前記付勢力を作用させるように前記バネ部材装着構造が構成されている請求項３に記載の流体シリンダを用いたアクチュエータ。
5. 前記絞り部材と前記シリンダ部との間に位置する流路に前記第２の接続部が連通するように前記第２の接続部が配置されている請求項４に記載の流体シリンダを用いたアクチュエータ。
6. 前記バネ部材は、前記装置本体側に内端を有し前記ロッドの外側端部側に外端を有して圧縮状態で配置されるコイルバネ部材からなり、前記バネ部材装着構造は、前記ロッドの前記外側部分に固定されて前記ロッドと一緒に動き前記コイルバネ部材の内側に位置して前記コイルバネ部材の前記内端と係合する係合部を備えた筒状部材と、前記筒状部材の外側に位置し、前記装置本体に対して変位しないように設けられて前記コイルバネ部材の中間部分を保持するバネ部材中間部保持構造とからなり、前記バネ部材中間部保持構造は前記コイルバネ部材の前記中間部分の保持位置を変えることにより、前記係合部との間に挟持する前記コイルバネ部材の圧縮バネとして機能する区間のターン数を調整し得るように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の流体シリンダを用いたアクチュエータ。
7. 前記バネ部材中間部保持構造は、前記コイルバネ部材の隣接する２つのターン部の間に挿入される楔部材を備えており、前記楔部材は前記コイルバネ部材を前記筒状部材を中心にして回転させることが可能な状態で配置されている請求項６に記載の流体シリンダを用いたアクチュエータ。
8. 請求項１に記載の流体シリンダを用いたアクチュエータの制御方法であって、前記第１及び第２のチョークバルブ装置の一方側から前記シリンダ室内に前記流体圧源から前記流体を供給して前記流体シリンダのピストンの位置を変位させる際に、前記第１及び第２のチョークバルブ装置の前記排出バルブ機構の双方向バルブ機構の前記出方向に向かう前記流体の流量を制限することにより前記流体シリンダのピストンの外力による動き易さを定めることを特徴とする流体シリンダを用いたアクチュエータの制御方法。
9. 前記チョークバルブ装置に前記流体圧源から積極的に前記流体を供給して、前記ロッドに設けた前記ピストン部を変位させることにより前記可動ニードルで前記絞り部材の前記貫通孔を閉鎖することにより前記流体シリンダのピストンを停止させることを特徴とする請求項８に記載の流体シリンダを用いたアクチュエータの制御方法。
10. シリンダ室と、前記シリンダ室を第１のチャンバと第２のチャンバとに仕切るように前記シリンダ室内にスライド自在に配置されたピストンとを有する流体シリンダと、流体圧源と前記第１のチャンバとの間に配置されて前記第１のチャンバ内の流体圧を調整する第１のチョークバルブ装置と、前記流体圧源と前記第２のチャンバとの間に配置されて前記第１のチャンバ内の流体圧を調整する第２のチョークバルブ装置とを備えてなる流体シリンダを用いたアクチュエータの前記第１及び第２のチョークバルブ装置に用いるのに適したチョークバルブ装置であって、前記流体圧源側から対応する前記チャンバ側に向かう入方向にのみ流体が流れるのを許容する一方向バルブ機構と、前記流体圧源側から前記チャンバ側に向かう入方向と前記チャンバ側から前記流体圧源側に向かう出方向の双方向に前記流体を流すことを許容する双方向バルブ機構とを備え、前記双方向バルブ機構が、可動ニードルを備えたロッドと、前記可動ニードルが移動可能に貫通する貫通孔を備え且つ前記貫通孔を通って流れる前記流体の流量が前記可動ニードルの位置によって制御される絞り部材と、前記貫通孔を通る前記流体が増える方向に前記可動ニードルを移動させるための付勢力を前記ロッドに常時与えるバネ部材と、前記絞り部材の前記貫通孔を通る前記流体の流量が減少する方向に前記可動ニードルを移動させるために前記流体圧源から供給される前記流体の圧力を利用して前記バネ部材の前記付勢力に抗して前記ロッドを変位させる流体駆動ロッド変位機構と、前記バネ部材の圧縮バネとして機能する区間のターン数を調整し得るバネ部材装着構造を備えていることを特徴とするチョークバルブ装置。

Images