JP5981960B2 - 比例式アクチュエータバルブ - Google Patents

Description

本発明は、空気アクチュエータに関し、特に、位置制御及び位置調整機能を有した空気アクチュエータに関する。

アクチュエータは、何らかの機械的動作を行う機器である。アクチュエータのひとつにピストンがあり、そのピストンのプランジャーは、往復運動を行う。故に、プランジャーは、ワークピースや他の機械的システムの何らかの部分に接続される。

ワークピースを動かすために使用されるアクチュエータもあれば、ワークピースの定位置を維持するために使用されるアクチュエータもある。このことは、ワークピースにより、又はワークピースに対して加わる力が一定ではないときには困難となる。各種の力がかかると、アクチュエータは、最適位置区間を振動してしまうようになりがちである。

この問題に対処する１つの試みとして、空気アクチュエータが提供されてきた。空気アクチュエータは、プランジャーの一方の側に空気圧を供給する。その与えられた圧力は、プランジャーが固定位置を維持するように、又は所望の方向に移動するように、供給される。所望の位置を維持するために採用されたアクチュエータの問題点は、アクチュエータにかかる力が変化したときには、その所望の位置を維持するために、アクチュエータに供給される空気圧もまた変化させなければならないということである。例えば、アクチュエータに加わる力が増加すると、空気圧もまた増加されなければならない。同様に、アクチュエータに加わる力が減少すると、空気圧もまた減少されなければならない。

従来の問題は、アクチュエータに印加される力の変化に応じて、空気圧を調整する能力に関するものであった。採用された１つの方法によれば、ワークピースに対してシフトバルブを位置付けすることと、そのシフトバルブをアクチュエータと気送的に連通させることとが統合された。シフトバルブは、アクチュエータと共に動く。つまり、アクチュエータが動けば、シフトバルブも動く。アクチュエータが所定の距離だけ移動すれば、シフトバルブは、開くか、又は閉じ、それによりアクチュエータ内の空気圧が増加するか、減少するか、又は一定に維持される。シフトバルブが連動されることの問題は、シフトバルブについて、空気の流れる断面積がとりわけ一定であり、それにより“開く”及び“閉じる”の位置付けのみしか取りえないことである。故に、短いストロークに対する即座の反応により共振が生ずるので、これらのシフトバルブの断面積は、大きすぎるものは選択できない。しかしながら、即座の反応時間は、典型的には望ましい。故に、バルブの断面積は、共振のリスクとバランスをとられるべきである。この妥協事項のために、シフトバルブは、とりわけ、目標位置を通り過ぎてしまうという固有の問題を有している。アクチュエータがどれだけ閉じているかに関わらず、所望の位置まで、同じ量の空気が提供／解放されてしまうからである。

故に、アクチュエータの位置を適切に維持し、またアクチュエータの位置を調整できる比例式アクチュエータバルブを提供することが、当該技術分野における要望である。

本発明の実施形態によれば、位置制御及び位置調整のための比例式アクチュエータが提供される。その比例式アクチュエータは、少なくとも２つのチャンバーを有したバルブハウ
ジングを備えている。その比例式アクチュエータは、また、バルブスライダーを備えており、そのバルブスライダーは、バルブハウジング内で移動可能である。１つ以上の溝が、比例式アクチュエータバルブ内に形成されている。１つ以上の溝は、バルブハウジングの少なくとも２つのチャンバーと気送的に連通する。１つ以上の内腔が、比例式アクチュエータバルブ内に形成されている。１つ以上の内腔は、１つ以上の溝と気送的に連通する。バルブスライダーのバルブハウジングに対する動きは、空気バルブ動作を呈する。

本発明の一実施形態により、比例式アクチュエータバルブを形成する方法が提供される。その方法は、バルブハウジングを設け、複数の封止部材を使用して、バルブハウジングを少なくとも２つのチャンバーに分離する。その方法は、更に、バルブハウジング内にバルブスライダーを配する。その方法は、更に、比例式アクチュエータバルブ内に１つ以上の内腔を形成する。その方法は、比例式アクチュエータバルブ内に１つ以上の溝を形成する。その１つ以上の溝は、１つ以上の内腔と少なくとも２つのチャンバーとに連通する。

本発明の一実施形態により、空気アクチュエータに対する圧力空気を調整する方法が提供される。その方法は、素子を空気アクチュエータに接続し、第一の力が素子に加わり、空気アクチュエータは、第一の力と反対の第二の力を素子に加える。その方法は、更に、比例式アクチュエータバルブを設ける。比例式アクチュエータバルブは、空気アクチュエータに対する、又は空気アクチュエータからの供給空気を制御する。比例式アクチュエータバルブは、１つ以上の溝を備えている。空気流に対して開口される断面は、素子にかかる第一の力の変化によって決定される。

本装置の一様相においては、バルブハウジングは、少なくとも３つのチャンバーを備える。
本装置の他の様相においては、チャンバーは、複数の封止部材で分離されている。

本装置の更に他の様相においては、チャンバーの少なくとも１つには、動作圧力が充当されている。
本装置の更に他の様相においては、チャンバーの少なくとも１つは、比例式アクチュエータバルブの外側に排される。

本装置の更に他の様相においては、バルブスライダーの第一端は、台に接続されている。本装置の更に他の様相においては、バルブハウジングの一部分は、台に接続されている。

本装置の更に他の様相においては、バルブスライダーは、バルブハウジングに対して調整可能である。
本装置の更に他の様相においては、１つ以上の溝は、不均一な断面を備える。

本装置の更に他の様相においては、１つ以上の溝は、実質的に均一な断面を備える。
本装置の更に他の様相においては、１つ以上の溝は、バルブスライダーに形成されている。

本装置の更に他の様相においては、１つ以上の溝は、複数の内腔を備える。
本装置の更に他の様相においては、１つ以上の溝は、チャンバーの少なくも１つに形成されている。

本装置の更に他の様相においては、バルブスライダーは、更に、複数の封止部材を備えている。
本装置の更に他の様相においては、１つ以上の溝は、１つ以上の内腔からの距離が増加すると面積が減少するような形状の断面を備えている。

本装置の更に他の様相においては、１つ以上の溝の最大断面積は、少なくとも、１つ以上の内腔の断面積の大きさと等しい。
本装置の更に他の様相においては、１つ以上の溝の最大断面積は、１つ以上の内腔の断面積より小さい。

本装置の更に他の様相においては、１つ以上の内腔は、バルブスライダーに形成されている。
本装置の更に他の様相においては、１つ以上の内腔は、バルブハウジングに形成されている。

本装置の更に他の様相においては、比例式アクチュエータバルブは、素子に接続され、その素子は、またアクチュエータに接続されている。
本装置の更に他の様相においては、比例式アクチュエータバルブは、レバーシステムを使用して素子に接続されている。

本装置の更に他の様相においては、比例式アクチュエータバルブは、アクチュエータのストロークとは異なるストロークを有する。
本装置の更に他の様相においては、比例式アクチュエータバルブは、アクチュエータのストロークとは異なる方向のストロークを有する。

本装置の更に他の様相においては、比例式アクチュエータバルブは、アクチュエータのストロークと実質的に同じストロークを有する。
本方法の一様相においては、更に、複数の封止部材を使用して、バルブハウジングを少なくとも３つのチャンバーに分離する。

本方法の他の様相においては、更に、バルブスライダーを台と接続する。
本方法の更に他の様相においては、更に、バルブハウジングを台と接続する。
本方法の更に他の様相においては、バルブスライダーは、バルブハウジングに対して調整可能である。

本方法の更に他の様相においては、１つ以上の内腔は、バルブスライダーに形成されている。
本方法の更に他の様相においては、１つ以上の内腔は、バルブハウジングに形成されている。

本方法の更に他の様相においては、更に、不均一な断面を有する１つ以上の溝を形成する。
本方法の更に他の様相においては、更に、実質的に均一な断面を有する１つ以上の溝を形成する。

本方法の更に他の様相においては、更に、バルブスライダーに１つ以上の溝を形成する。本方法の更に他の様相においては、更に、バルブハウジングに１つ以上の溝を形成する。

本方法の更に他の様相においては、更に、複数の内腔として、１つ以上の溝を形成する。本方法の更に他の様相においては、１つ以上の溝は、１つ以上の内腔からの距離が増加すると断面積が減少するような形状を備えている。

本方法の更に他の様相においては、更に、少なくとも３つのチャンバーの少なくとも１つに動作圧力を供給する。
本方法の更に他の様相においては、更に、排気部と連通するように、少なくとも３つのチャンバーの少なくとも１つを設ける。

本方法の更に他の様相においては、比例式アクチュエータバルブは、更に、バルブハウジングを備え、当該バルブハウジングは、素子に接続されている。
本方法の更に他の様相においては、更に、レバーシステムを使用して、比例式アクチュエータバルブを素子に接続する。

本方法の更に他の様相においては、比例式アクチュエータバルブは、素子のストロークとは異なるストロークを有する。
本方法の更に他の様相においては、比例式アクチュエータバルブは、素子のストロークとは異なる方向のストロークを有する。

本方法の更に他の様相においては、更に、比例式アクチュエータバルブのバルブスライダーに１つ以上の溝を形成する。
本方法の更に他の様相においては、更に、可変断面積を有する１つ以上の溝を形成する。

本方法の更に他の様相においては、更に、バルブスライダーに１つ以上の内腔を形成してアクチュエータと連通させ、１つ以上の内腔からの距離が増加すると、１つ以上の溝の断面積が減少するような形状を有する１つ以上の溝を形成する。

本方法の更に他の様相においては、更に、比例式アクチュエータバルブによりアクチュエータに供給される空気の割合が、比例式アクチュエータバルブのストロークが増加すると、増加するように、１つ以上の溝を位置付けする。

本方法の更に他の様相においては、比例式アクチュエータバルブは、空気アクチュエータの振動を抑制する。

図１は、本発明の実施形態による比例式アクチュエータバルブを有したアクチュエータを示す図である。 図２は、バルブアクチュエータがアクチュエータに圧力流体を送る前の位置にある比例式アクチュエータバルブを有するアクチュエータバルブを示す図である。 図３は、本発明の一実施形態による比例式アクチュエータバルブの断面図である。 図４は、本発明の一実施形態による比例式アクチュエータバルブの中央チャンバーの断面図である。 図５ａは、溝及び内腔（ボア）が形成されたバルブスライダーを示す図である。図５ｂは、複数の内腔が形成された、１つ以上の溝を有したバルブスライダーを示す図である。 図６は、レバーシステムを利用して結合されたアクチュエータと比例式アクチュエータバルブを示す図である。 図７は、本発明の他の実施形態による比例式アクチュエータバルブを示す図である。

図１−７及び以下の記述は、発明のベストモードをどのように創り出し、また使用するかを当業者に教示するための特定の例を描写するものである。発明原理を教示することを目的として、いくつかの従来の様相は簡略化され、又は省略される。当業者は、これらの例による各種変更態様が発明の範囲内にあることが理解できるであろう。当業者は、以下に
記述する特徴が各種方法で組み合わされ、発明の複合的変更態様を形成できることが理解できるであろう。その結果、当該発明は、以下に記述する特定の例に限定されることはなく、請求の範囲及びその等価範囲のみにより画定されるものである。

図１は、空気アクチュエータ１００を概略的に示している。空気アクチュエータ１００は、ハウジング１０１、ロッド１０２、及びプランジャー１０３を含んでいる。この空気アクチュエータ１００は、単方向動作シリンダとして示されているが、アクチュエータは、双方向動作シリンダであってもよいことが理解されるべきである。示された実施形態においては、ハウジング１０１は、台１０７上に位置付けされており、ロッド１０２は、その第一端がプランジャー１０３に接続されており、その第二端が素子１０４に接続されている。しかしながら、他の実施形態においては、ハウジング１０１が素子１０４に接続され、ロッド１０２の端部が台１０７に接続されていてもよい、ということが理解されるべきである。

ロッド１０２は、アクチュエータ１００からの機械的力を素子１０４に伝達する。アクチュエータ１００は、ロッド１０２と共に示されているが、いくつかの実施形態においては、アクチュエータ１００は、アクチュエータハウジング１０１の外側面に対して移動するキャリッジを備えることもできる。すなわち、例えば、空気アクチュエータ１００は、無ロッドタイプのシリンダ又は空気ベローズを備えている。

素子１０４には、１つ以上の力が作用している。図１に示すように、例えば、第一の力１０５が、何らかのワーク負荷により与えられている。また、素子１０４には、アクチュエータ１００により第二の力１０６がかかっている。素子１０４を実質的に一定位置に維持するために、第二の力１０６は、第一の力１０５と実質的に等しく維持されていなければならない。本発明の他の実施形態によれば、第二の力１０６は、第一の力１０５より大きいか、又は小さく、故に、素子１０４は、より大きな力の方向に移動する。

いくつかの実施形態においては、素子１０４の位置を制御するのが有効であろう。例えば接続ライン１１４を使用してアクチュエータ１００と気送的に連通する比例式アクチュエータバルブ１１０が、素子１０４に接続されている。比例式アクチュエータバルブ１１０は、既知の手段により素子１０４に接続されていれもよい。一実施形態によれば、比例式アクチュエータバルブ１１０は、３／３ウェイバルブである。しかしながら、比例式アクチュエータバルブ１１０は、このタイプのバルブや、空気アクチュエータ１００が例えば双方向動作シリンダであるときなどに使用される５／３ウェイバルブのような他の知られたバルブには限られないことを理解すべきである。本発明は、他の既知のバルブを採用してもよく、使用される具体的なバルブは、上述の例により限定されるべきではない。

比例式アクチュエータバルブ１１０は、ハウジング１１２及びバルブスライダー１１３を備えている。少なくとも一端において、バルブスライダー１１３は、台１１１に接続されている。他の実施形態においては、バルブスライダー１１３は、図に示されているように素子１０４に接続されているハウジング１１２に接続されているのではなく、素子１０４に接続されている。その実施形態においては、ハウジング１１２の一部分が、台１１１に接続されている。いずれの実施形態においても、台１１１は、移動可能な台として提供されてもよく、そのとき台１１１は、所望のアクチュエータ位置を確保するために調整される。台１１１が動くことにより、バルブスライダー１１３が、バルブハウジング１１２に対して調整される。所望のアクチュエータ位置の調整について、更に詳細に以下に記述する。

図２は、第一の力１０５が、第二の力１０６よりも大きい場合のアクチュエータ１００を示している。この実施形態においては、素子１０４は、その所望の位置から下降した。示
されている通り、プランジャー１０３は、図１に示されているものよりも台１０７により近づくように動いている。素子１０４が移動することに伴って、比例式アクチュエータバルブ１１０も、バルブスライダー１１３に対して移動している。この動きに応じて、比例式アクチュエータバルブ１１０は、アクチュエータ１００の底部に空気圧を供給する。圧力がアクチュエータ１００に供給されると、アクチュエータ１００により与えられる第二の力１０６が増加し、よって図１及び２に示すように、上方にプランジャー１０３及びロッド１０２を押し上げる。比例式アクチュエータバルブ１１０は、素子１０４及びアクチュエータバルブハウジング１１２が元の所望の位置に戻るまで、アクチュエータ１００に対して空気圧を供給し続ける。

一方、第一の力が減少すると、素子１０４及びアクチュエータバルブハウジング１１２は、上方へ移動するであろう（図示せず）。この場合、比例式アクチュエータバルブ１１０は、アクチュエータ１００から外部に空気圧を解放することにより応答するであろう。その空気圧の解放により、結果的に、素子１０４及びアクチュエータバルブハウジング１１２は、元の所望の位置に戻る。

素子１０４及びアクチュエータバルブハウジング１１２の所望の位置は、例えば、オペレーターにより調整可能である。より詳細に以下に議論されるように、バルブハウジング１１２のバルブスライダー１１３に対する位置は、空気圧をアクチュエータ１００に供給するか、それともアクチュエータ１００から解放するかを決定する。従って、バルブスライダー１１３に接続されている台１１１を調整することにより、素子１０４の所望の位置が調整可能となる。このことは、比例式アクチュエータバルブ１１０が、バルブスライダー１１３が比例式アクチュエータバルブ１１０の“中央”位置に戻るまで、空気圧を供給するか、又は解放することから可能となる。故に、第一の力１０５が変化しない場合であっても、台１１１の位置を調整することにより素子１０４の位置を調整可能となる。例えば、素子１０４を上昇させることが望ましい場合には、台１１１を上昇させる。台１１１に応じてバルブスライダー１１３は上昇し、比例式アクチュエータバルブ１１０は、アクチュエータ１００に空気圧を供給する。第一の力１０５は変化しないので、第二の力１０６が第一の力１０５より大きくなることになる。比例式アクチュエータバルブ１１０は、素子１０４がその新たな所望の位置まで上昇するまで、空気圧を供給する。

素子１０４がより下方の方が望ましい場合には、同じ手順がとられるであろう。しかしながら、そのときには台１１１は上げられるのではなく下げられる。この場合、比例式アクチュエータバルブ１１０は、素子１０４が新たな所望の位置まで下降するまで、空気圧を解放する。

図３は、本発明の一実施形態による比例式アクチュエータバルブ１１０の断面図である。比例式アクチュエータバルブ１１０は、ハウジング１１２、可動式スライダー１１３、封止部材３２２ａ−ｄ、封止点３２３ａ−ｄ、及びチャンバー３２４、３２５及び３２６を含んでいる。

４つの封止部材が示されていが、より多くの、又はより少ない数の封止部材が使用可能であることが理解されるべきである。同様に、図３には、３つのチャンバーが示されているが、比例式アクチュエータバルブ１１０は、いかなる数のチャンバーも有することができ、明確化と一貫性を目的として、３つのチャンバーが参照されるのである、と理解すべきである。一実施形態によれば、少なくとも１つのチャンバーが動作圧力と気送的に連通する。いくつかの実施形態においては、第一チャンバー３２４が、動作圧力と気送的に連通し、その動作圧力が、圧力が加えられた空気の供給（図示せず）により提供される。以下の議論においては、明確化を目的として、動作圧力と連通するのは第一チャンバー３２４のみであると言及している。しかしながら、第一チャンバー３２４に加えて、又はそれに
代えて、他のチャンバーが動作圧力と連通できるということが理解されるべきである。

本発明の一実施形態によれば、チャンバーの少なくとも１つが排気部（図示せず）と気送的に連通する。一実施形態によれば、第三チャンバー３２６が排気部と気送的に連通している。以下の議論においては、明確化を目的として、排気部と連通するのは第三チャンバー３２６のみであると言及している。しかしながら、第三チャンバー３２６に加えて、又はそれに代えて、他のチャンバーが排気部と連通できるということが理解されるべきである。いくつかの実施形態においては、第三チャンバー３２６が排気部と連通しているものとした場合、封止部材３２２ｄは省略可能であり、第三チャンバー３２６そのものが排気部となる。封止部材３２２ｄがある場合には、第三チャンバーは、外部へ排気する分離部（図示せず）を備えることができる。いくつかの実施形態においては、第三チャンバー３２６は、省略可能であることが理解されるべきである。その実施形態においては、第三チャンバー３２６の代わりに、比例式アクチュエータバルブ１１０は、３つに満たないチャンバーと排気部を備えていることになる。故に、以下の議論は、３つのチャンバーについて言及しているものの、本発明はこの実施形態に限定されない。

本発明の一実施形態によれば、少なくとも１つのチャンバーは、動作圧部と排気部の双方に対して隔絶されている。以下の議論においては、明確化を目的として、動作圧部及び排気部から隔絶するのは第二チャンバー３２５のみであると言及している。しかしながら、第二チャンバー３２５に加えて、又はそれに代えて、他のチャンバーが動作圧部及び排気部から隔絶可能であるということが理解されるべきである。比例式アクチュエータバルブ１１０が設けられた場合、アクチュエータ１００は、その比例式アクチュエータバルブ１１０に通じることにより、排気部と圧力空気供給部とに連通できる。

図４は、比例式アクチュエータバルブ１１０の第二チャンバー３２５をより詳細に示している。そこから分かるように、バルブスライダー１１３は、１つ以上の内腔３２７及び３２８を有している。図は、内腔３２７及び内腔３２８のみを示しているものの、更なる内腔を設けることができることが理解されるべきである。それらの内腔は、アクチュエータ１００とチャンバー３２４，３２５，３２６との間の連通のために設けられる。いくつかの実施形態においては、供給ライン１１４を、内腔３２８及びアクチュエータ１００と連通するように設けることができる。供給ライン１１４は、図３に示すように、バルブスライダー１１３の一端に接続できるし、あるいは、アクチュエータハウジング１１２に接続できる。内腔３２７及び３２８が示されているものの、それらの内腔は省略可能であり、その場合、第二チャンバー３２５の出口は、比例式アクチュエータバルブハウジング１１２を通り抜けることとなるであろう。この場合、供給ライン１１４は、比例式アクチュエータバルブハウジング１１２と接続されることとなろう。

更に内腔３２７，３２８と連通するものとして、１つ以上の溝３２９が設けられる。２つの溝３２９が示されているものの、これは単に明確化のためであり、何個の溝でも利用可能であり、請求の範囲は２つの溝３２９に限定されるべきでないことが理解されるべきである。更に、溝３２９は、バルブスライダー１１３の中央部に示されているものの、溝は、バルブスライダー１１３に沿った他の場所又は更なる場所に設けることができることが理解されるべきである。例えば、いくつかの実施形態においては、１つ以上の溝がバルブスライダー１１３に設けられ、その位置は、バルブスライダー１１３が中央部にあるとき、１つの溝がチャンバー３２４のところに位置し、１つの溝がチャンバー３２６のところに位置するように決定される。この実施形態においては、内腔３２７は省略可能であり、供給ライン１１４は、直接、ハウジング１１２に接続することができる。あるいは、１つ以上の溝をハウジング１１２に形成することも可能であり、封止部材３２２ａ−ｄをバルブスライダー１１３上に載置することができる（図７参照）。溝３２９により、チャンバーは、内腔３２７，３２８と連通できるようになる。従って、溝及び内腔の組み合わせに
より、比例式アクチュエータバルブ１１０のチャンバーは、アクチュエータ１００と連通できることとなる。

本発明の一実施形態によれば、１つ以上の溝３２９のうちの１つの溝３２９は、不均一の断面積を有している（例えば図５ａ参照）。図５ａは、本発明の一実施形態により、不均一の断面積を有する溝３２９を示している。しかしながら、溝３２９は、他の断面形状を有していてもよく、不均一の断面積には限定されないことが理解されるべきである。いくつかの実施形態においては、１つ以上の溝３２９は、実質的に均一の断面積を有している。

図５ａに示すように、内腔３２７近傍の断面積５３１は、内腔３２７から離れたところの断面積５３０よりも大きい。図５ａは、多次元で変化する、溝３２９の断面形状を示している。例えば、内腔３２７からの距離が増加すると、溝３２９は、より狭くなるし、より浅くなる。他の実施形態においては、溝３２９は、狭くなるか、浅くなるかのどちらかのみとなるような形状とすることができる。故に、溝３２９の正確な形状は、図５ａに描かれたものに限定されるべきではない。溝３２９をそのような断面積を有するように形成することにより、アクチュエータバルブ１１０は、空気圧の比例的分配を呈することとなる。

図５ｂは、本発明の他の実施形態による１つ以上の溝３２９を示している。この実施形態においては、１つ以上の溝３２９は、複数の内腔からなっている。複数の溝３２９は、不連続のものとして示されている。すなわち、各溝３２９は分かれている。しかしながら、溝３２９のいくつか、又は全ては、連続溝を形成できることが理解されるべきである。図５ｂに示すように、複数の溝３２９は、内腔３２８に直接に繋がっている。この実施形態においては、複数の溝３２９が複数の内腔をなしているので、１つ以上の内腔３２７は、省略可能である。前述の各実施形態においては、１つ以上の内腔３２７が、空気圧の流れを制限するように機能していた。しかしながら、図５ｂに示した実施形態においては、複数の溝３２９が、空気圧の流れを制限するように動作できる。

複数の溝３２９は、実質的に均一の断面積を有すると共に、バルブスライダー１１３に沿って実質的に等間隔に配置されているように示されている。しかしながら、複数の溝３２９は、所望の空気圧流を達成するために、異なる直径を有するように形成することができる。
加えて、任意の配置においていくつの溝３２９がチャンバーに対して開口しているかを制御するために、複数の溝３２９は、バルブスライダー１１３に沿って異なる間隔で配置することができる。

各図に示されているように、内腔３２７からの距離が増加すると、溝３２９の断面積が減少する。内腔３２７近傍の溝３２９の断面積５３１は、内腔３２７の断面積５３２と少なくとも同じ大きさに示されているものの、溝３２９の断面積５３１は、内腔３２７の断面積５３２よりも小さくできることが理解されるべきである。内腔３２７の断面積５３２よりも大きな断面積を有する溝３２９を設けることにより、内腔３２７は、比例式アクチュエータバルブ１１０の最大流量を決定する。しかしながら、内腔３２７は、より大きな断面積を有することができ、その場合には、溝３２９が、比例式アクチュエータバルブ１１０の最大流量を決定するであろう。

図３及び４に戻り、比例式アクチュエータバルブ１１０は、以下のように動作する。素子１０４が最適位置にあるとき、バルブスライダー１１３は、図３及び４に示すように、比例式アクチュエータバルブ１１０の中央部に位置している。その最適位置は、台１１１の位置を調整することにより調整可能である（図１及び２参照）。しかしながら、第一の力
１０５が変動すると、素子１０４は上か又は下に動く。比例式アクチュエータバルブ１１０が素子１０４に接続されているという結果から、比例式アクチュエータバルブ１１０、特に比例式アクチュエータバルブハウジング１１２も、バルブスライダー１１３に対して動くこととなる。例えば、第一の力１０５が増加し、第二の力１０６が一定に保たれるとすると、第一の力１０５は、アクチュエータ１００から受ける第二の力１０６とはもはや実質的に等しくはなく、素子１０４は下方に動く。比例式アクチュエータバルブハウジング１１２が素子１０４に接続されていることから、それも下に動く（又は図３及び４に示されているように右へ動く）。バルブスライダー１１３は、台１１１に取り付けられていることから、バルブスライダー１１３は、動かない。同様に、第一の力１０５が減少し、第二の力１０６が一定に保たれるとすると、素子１０４、そして比例式アクチュエータバルブハウジング１１２は、上へ動く（又は図３及び４に示されているように左へ動く）。

図３及び４に見られるように、溝３２９の長さ３３１は、封止部材３２２ｂ及びｃの間の距離よりも短い。その結果、小さな動き、すなわち、封止点３２３ｂ及びｃに関する距離３３２よりも小さい動きによっては、アクチュエータ１００へ、又はアクチュエータ１００から空気圧は流れない。これは、第二チャンバー３２５が圧力空気供給部からも排気部からも隔絶されているからである。故に、バルブスライダー１１３が、中央部にあるとき、アクチュエータ１００内の空気圧は一定を維持する。

しかしながら、比例式アクチュエータバルブハウジング１１２が、距離３３２よりも長い距離移動すると、溝３２９の断面５３０の一部が、封止点３２３ｂ及びｃを通過して移動し、ある画定された断面が開口する。更に動くと、溝３２９のより大きな断面が開口する結果となる。

本発明の一実施形態によれば、比例式アクチュエータバルブ１１０は、素子１０４の位置を維持するように設けられる。この実施形態によれば、第一チャンバー３２４には、動作圧力がかかっており、第三チャンバー３２６は、外部への排気部（図示せず）と連通している。素子１０４に作用する第一の力１０５が増加すると、比例式アクチュエータバルブハウジング１１２は、図３及び４に示すように、右へ移動するであろう。かかる現象により、溝３２９は、封止点３２４を通過して移動し、溝３２９の画定断面が、第一チャンバー３２４へ開口することとなる。第一チャンバー３２４には、動作圧力が作用しているので、空気圧が溝３２９に入り込み、内腔３２７に流れ込み、そして内腔３２８に到達する。内腔３２８は、アクチュエータ１００に接続可能である。従って、任意の量の空気圧がアクチュエータ１００に供給される。ハウジング１１２が更に右へ移動すると、より大きな断面がチャンバー３２４に開口することとなる。これにより、より多くの量の圧力が溝３２９に入り込む結果となる。

アクチュエータ１００に空気圧が供給されると、第二の力１０６が増加し、素子１０４は、アクチュエータハウジング１１２と共に、元の位置に復帰し始める。この復帰が生ずると、アクチュエータハウジング１１２は、左に戻りように移動し（図３及び４に示す）、溝３２９の断面の第一チャンバー２１４への開口が小さくなる。開口断面が小さくなるのであるから、アクチュエータ１００へ供給される圧力の量も、溝３２９のどの部分も第一チャンバー３２４に開口しなくなるまで、減少する。開口断面が減少すると、復帰速度も減少する。アクチュエータ１００に供給される空気量は、アクチュエータハウジング１１２のバルブスライダー１１３に対する位置に比例するのであるから、比例式アクチュエータバルブ１１０は、行き過ぎて共振してしまうようになることを回避する。

内腔３２７からの距離が増加すると、溝３２９の断面積が減少するのであるから、溝３２９の端が第一チャンバー３２４に開口したとき、わずかな量の空気しか溝３２９に入り込まず、それによりわずかな圧力のみがアクチュエータ１００に供給されることとなる。従
って、アクチュエータ１００に供給される圧力の量は、バルブスライダー１１３の比例式アクチュエータバルブハウジング１１２に対する位置に比例することとなる。

代わりに、第一の力１０５が減少すると、素子１０４と、比例式アクチュエータバルブハウジング１１２は、図３及び４に示すように、左へ移動することとなる。比例式アクチュエータバルブハウジング１１２が、距離３３２よりも長い距離だけ移動すると、溝３２９は、封止点３２３ｃを通過し、溝３２９の画定断面が、第三チャンバー３２６に開口するか、又は、第三チャンバー３２６が省略されている実施形態においては、排気部に直接的に開口する。第三チャンバー３２６は、排気部に開口しているので、空気は、内腔３２７及び３２８を流れ、外部へ排気される。比例式アクチュエータバルブハウジング１１２が、更に左へ移動すると、第三チャンバー３２６に開口する溝３２９の断面はより大きくなり、これにより、より多くの量の空気及び空気圧が外部へ排出される結果となる。空気圧が減少する結果として、素子１０４及び比例式アクチュエータバルブハウジング１１２は、降下して（右へ移動して）元の位置に戻る。バルブスライダー１１３が、中央チャンバー３２５の方へ戻ると、溝３２９は、もはやチャンバー３２６へは開口せず、従って、空気圧は、もはや外部へ排出されない。

比例式アクチュエータバルブハウジング１１２のバルブスライダー１１３に対するストロークは、溝３２９が、外側封止部材３２２ａ及び３２２ｄの外部封止点３２３ａ及び３２３ｄに達する前に、終了する。これにより望まざる空気圧の排出が防止される。これはまた、比例式アクチュエータバルブ１１０又はアクチュエータ１００に対して傷害を与える可能性のある、ほこりや砂（デブリ）が内腔３２７に入り込むのを防いでいる。

１つ以上の溝３２９の断面形状により、第一又は第三チャンバーに対して開口する断面積が減少すると、内腔３２７に入り込む、又はそこから排出される空気圧の量／率が減少する。このように、行き過ぎが原因で典型的に発生する振動が、抑制されるか、又は排除される。加えて、比例式アクチュエータバルブ１１０により、例えばシフトバルブにより実現され得るよりも早い応答が得られる。これは、シフトバルブの場合、溝のサイズは、振動の危険に反して妥協せざるを得ないからである。故に、シフトバルブの溝／内腔は、振動を避けるために実際に望まれるよりも小さなサイズとなってしまう。しかしながら、小さな溝／内腔を設けると、アクチュエータに供給される空気圧の率が減少するのであるから、より遅い応答時間となる。比例式アクチュエータバルブ１１０より、早い応答が得られると共に、振動の危険性が抑制される。

図６は、本発明の他の実施形態による比例式アクチュエータバルブ１１０を示している。この実施形態においては、比例式アクチュエータバルブハウジング１１２は、レバーシステム６６０を使用して素子１０４に接続されている。レバーシステム６６０を使用するといくつかの有利な点がある。いくつかの実施形態において、素子１０４を、比例式アクチュエータバルブ１１０の動きとは異なる方向へ移動させることが望まれる場合がある。加えて、レバーシステム６６０により、バルブスライダー１１３の動きの方向とは異なる方向へ素子１０４を動かすことができる。図６に示す実施形態においては、例えば、第一の力１０５が減少することに応じて、素子１０４が上昇すると、比例式アクチュエータバルブハウジング１１２は、下降する。レバーシステム６６０を設ける他の利点は、比例式アクチュエータバルブ１１０を、素子１０４から離して配置できる、ということにある。このことは、アクセス性、スペースの制限等のいくらかの理由により望まれる可能性がある。

レバーシステムは、比例式アクチュエータバルブ１１０の素子１０４に対するストロークを変化させるために調整可能である。素子１０４は、アクチュエータ１００と同じストロークを有しているので、レバーシステムは、比例式アクチュエータバルブ１１０のアクチ
ュエータ１００に対するストロークを変化させるために調整可能である。例えば、比例式アクチュエータバルブ１１０が素子１０４に直接接続されると、素子１０４のいかなる動きも、それは結局、比例式アクチュエータバルブハウジング１１２の等価な動きとなってしまう。しかしながら、それらのストロークを異なるものとしたい要求もあろう。レバーシステム６６０を調整することにより、素子１０４の比較的小さな動きが、比例式アクチュエータバルブハウジング１１２のより大きな動きに結果としてなり得る。これにより、より大きな感度で早い応答時間が実現できる。

図７は、本発明の他の実施形態による比例式アクチュエータバルブ１１０を示している。図７に示す比例式アクチュエータバルブ１１０は、これまでの図に示されていたものと類似している。異なる点は、溝３２９の位置である。１つ以上の溝３２９が、バルブスライダー１１３ではなく、ハウジング１１２に形成されているように示されている。溝３２９が、ハウジング１１２に形成されていることにより、１つ以上の封止部材３２２が、ハウジング１１２内に留まるのではなく、バルブスライダー１１３に接続されてそれと共に移動するようになっている。加えて、１つ以上の封止部材３２２は、両側に封止点３２３を有する封止部材３２２として示されている。封止部材３２２のこの特別な実施形態は、図７にのみ示されているが、それらは、既に言及された実施形態のいずれにも適用可能であることが理解されるべきである。

図７に示した実施形態においては、バルブハウジング１１２がバルブスライダー１１３に対して移動すると、溝３２９が、封止部材３２２を通り越し、画定断面が第二チャンバー３２５に対して開口する。変位が大きくなると、より広い断面が第二チャンバー３２５に開口される。これにより、より多くの量の空気が、内腔３２８に入り込むか、又はそこから排出される。示された実施形態においては、内腔３２７は、省略されている。封止部材３２２は、バルブスライダー１１３と共に動き、１つ以上の溝３２９の画定断面が一旦第二チャンバー３２５に開口すると、空気は、内腔３２７を必要とすることなく内腔３２８に到達できるので、示された実施形態においては、内腔３２７は必須のものでなない。しかしながら、比例式アクチュエータバルブ１１０の流れを制限するために、バルブハウジング１１２内に内腔３２７を設けてもよい。

加えて、内腔３２８は、バルブスライダー１１３内ではなく、バルブハウジング１１２内に形成されている。しかしながら、バルブスライダー１１３は、内腔３２７，３２８の双方を含むことができ、その場合、比例式アクチュエータバルブ１１０は、前述のようにアクチュエータ１００と連通するということが理解されるべきである。図７に示されているように、比例式アクチュエータバルブ１１０は、バルブハウジング１１２に形成され、供給ライン１１４を伴った内腔３２８を通じてアクチュエータ１００と連通している。

アクチュエータ１００と比例式アクチュエータバルブ１１０の組み合わせにより、機械気送的閉制御ループが提供される。その閉制御ループにより、アクチュエータ１００と素子１０４に対する位置制御と位置調整の双方が提供される。その組み合わせにより、外的計測の必要性なく、アクチュエータ１００の位置を直接的に決定できる。加えて、その組み合わせにより、アクチュエータ１００に印加される力の変化に対して手動で再位置付けする必要なく、自動応答及び調整が提供される。加えて、その組み合わせにより、力の変動による調整により生じた応答の危険を減らすことができる。

上記実施形態の詳細な説明は、発明者により、発明の範囲内にあるように期されている全ての実施形態の余す所ない記述ではない。確かに、当業者は、上述の実施形態のいくつかの要素は、いろいろ組み合されたり、又は削除されることにより、更なる実施形態が形成でき、かかる更なる実施形態は、発明の範囲及び教示に含まれるものである。また、当業者には、上述の実施形態は、全体が組み合わされて、又は部分的に組み合わされて、発明
の範囲及び教示に含まれる付加的実施形態を形成し得るということは、明らかである。

従って、発明の特定の実施形態及び例が、例示目的でここに記述されているが、当業者が理解できるように、各種の等価な変形が発明の範囲内にあるものとして可能である。ここで提供されている教示は、他のアクチュエータ及びアクチュエータバルブに適用可能であり、上述の図面に示されている実施形態にのみ適用されるものではない。しかして、発明の範囲は、以下の請求の範囲から決定されるべきである。

Claims (39)

1. 比例式アクチュエータバルブ（１１０）において、
   少なくとも２つのチャンバー（３２４，３２５）を有するバルブハウジング（１１２）と、
   前記バルブハウジング（１１２）内で移動可能なバルブスライダー（１１３）と、
   前記バルブスライダー（１１３）内に形成され、アクチュエータ（１００）と流体連通するように構成された１つ以上の内腔（３２７，３２８）と、
   前記バルブスライダー（１１３）内に形成された１つ以上の溝（３２９）であって、前記１つ以上の溝（３２９）は、前記バルブハウジング（１１２）の前記少なくとも２つのチャンバー（３２４，３２５）及び前記１つ以上の内腔（３２７，３２８）と空気連通しており、前記１つ以上の溝（３２９）の各々は、前記１つ以上の内腔（３２７，３２８）の内の１つの内腔からの距離が増加すると、より狭くなり且つより浅くなる、１つ以上の溝（３２９）とを備える、比例式アクチュエータバルブ（１１０）。
2. 前記バルブハウジング（１１２）は、少なくとも３つのチャンバー（３２４，３２５，３２６）を備える、請求項１に記載の比例式アクチュエータバルブ（１１０）。
3. 前記チャンバー（３２４，３２５，３２６）は、複数の封止部材（３２２）で分離されている、請求項１又は２に記載の比例式アクチュエータバルブ（１１０）。
4. 前記チャンバー（３２４，３２５，３２６）の少なくとも１つが動作圧力と連通し、その動作圧力が圧力が加えられた空気の供給により提供されることにより、前記チャンバー（３２４，３２５，３２６）の少なくとも１つには、圧力が充当され、前記チャンバー（３２４，３２５，３２６）の少なくとも１つと連通した排気部を介して排気される、請求項１又は２に記載の比例式アクチュエータバルブ（１１０）。
5. 前記チャンバー（３２４，３２５，３２６）の少なくとも１つが動作圧力と連通し、その動作圧力が圧力が加えられた空気の供給により提供されることにより充当された、前記チャンバー（３２４，３２５，３２６）の少なくとも１つの空気は、前記チャンバー（３２４，３２５，３２６）の少なくとも１つと連通した排気部を介して、前記比例式アクチュエータバルブ（１１０）の外側に排される、請求項１又は２に記載の比例式アクチュエータバルブ（１１０）。
6. 前記バルブスライダー（１１３）の第一端は、台（１１１）に接続されている、請求項１に記載の比例式アクチュエータバルブ（１１０）。
7. 前記バルブハウジング（１１２）の一部分は、台（１１１）に接続されている、請求項１に記載の比例式アクチュエータバルブ（１１０）。
8. 前記バルブスライダー（１１３）の位置は、前記バルブハウジング（１１２）に対して調整可能である、請求項６又は７に記載の比例式アクチュエータバルブ（１１０）。
9. 前記バルブスライダー（１１３）は、更に、前記チャンバー（３２４，３２５，３２６）を分離する複数の封止部材（３２２）を備えている、請求項１に記載の比例式アクチュエータバルブ（１１０）。
10. 前記１つ以上の溝（３２９）は、空気流に対して開口している断面であって前記１つ以上の内腔（３２７，３２８）からの距離が増加すると断面積が減少するような形状を有する断面を備えており、前記空気流は、前記アクチュエータ（１００）から供給されている、請求項１に記載の比例式アクチュエータバルブ（１１０）。
11. 前記１つ以上の溝（３２９）の空気流に対して開口している断面の最大断面積は、少なくとも、前記１つ以上の内腔（３２７，３２８）の断面積の大きさと等しく、前記空気流は、前記アクチュエータ（１００）から供給されている、請求項１又は１０に記載の比例式アクチュエータバルブ（１１０）。
12. 前記１つ以上の溝（３２９）の空気流に対して開口している断面の最大断面積は、前記１つ以上の内腔（３２７，３２８）の断面積より小さく、前記空気流は、前記アクチュエータ（１００）から供給されている、請求項１又は１０に記載の比例式アクチュエータバルブ（１１０）。
13. 前記比例式アクチュエータバルブ（１１０）は、素子（１０４）に接続され、その素子（１０４）は、また前記アクチュエータ（１００）に接続されている、請求項１に記載の比例式アクチュエータバルブ（１１０）。
14. 前記比例式アクチュエータバルブ（１１０）は、レバーシステム（６６０）を使用して前記素子（１０４）に接続されている、請求項１３に記載の比例式アクチュエータバルブ（１１０）。
15. 前記比例式アクチュエータバルブ（１１０）は、アクチュエータ（１００）のストロークとは異なる変位を有する異なるストロークを有する、請求項１４に記載の比例式アクチュエータバルブ（１１０）。
16. 前記比例式アクチュエータバルブ（１１０）は、アクチュエータ（１００）のストロークとは異なる方向のストロークを有する、請求項１４に記載の比例式アクチュエータバルブ（１１０）。
17. 前記比例式アクチュエータバルブ（１１０）は、アクチュエータ（１００）のストロークと同じストロークを有する、請求項１４に記載の比例式アクチュエータバルブ（１１０）。
18. 比例式アクチュエータバルブを形成する方法において、
    バルブハウジングを設ける行程と、
    複数の封止部材を使用して、前記バルブハウジングを少なくとも２つのチャンバーに分離する行程と、
    前記バルブハウジング内にバルブスライダーを移動可能に配する行程と、
    前記バルブスライダー内に、アクチュエータと流体連通するように構成された１つ以上の内腔を形成する行程と、
    前記バルブスライダー内に、１つ以上の溝を形成する行程であって、前記１つ以上の溝は、前記１つ以上の内腔及び前記少なくとも２つのチャンバーと空気連通しており、前記１つ以上の溝の各々は、前記１つ以上の内腔の内の１つの内腔からの距離が増加すると、より狭くなり且つより浅くなる、１つ以上の溝を形成する行程とを有する、方法。
19. 更に、複数の封止部材を使用して、前記バルブハウジングを少なくとも３つのチャンバーに分離する行程を有する、請求項１８に記載の方法。
20. 更に、前記バルブスライダーを台と接続する行程を有する、請求項１８に記載の方法。
21. 更に、前記バルブハウジングの一部分を台と接続する行程を有する、請求項１８に記載の方法。
22. 前記バルブスライダーの位置は、前記バルブハウジングに対して調整可能である、請求項２０又は２１に記載の方法。
23. 前記１つ以上の内腔は、前記バルブスライダーに形成されている、請求項１８に記載の方法。
24. 前記１つ以上の内腔は、前記バルブハウジングに形成されている、請求項１８に記載の方法。
25. 前記１つ以上の溝は、前記１つ以上の内腔からの距離が増加すると、空気流に対して開口している断面の断面積が減少するような形状を備えている、請求項１８に記載の方法。
26. 更に、前記チャンバーの少なくとも１つに圧力を供給する行程を有する、請求項１８又は１９に記載の方法。
27. 更に、排気部と連通するように、前記チャンバーの少なくとも１つを設ける行程を有する、請求項１８又は１９に記載の方法。
28. 比例式アクチュエータバルブを有する空気アクチュエータに対する圧力空気を調整する方法において、
    前記比例式アクチュエータバルブが、
    少なくとも２つのチャンバーを有するバルブハウジングと、
    前記バルブハウジング内で移動可能なバルブスライダーと、
    前記バルブスライダー内に形成され、前記空気アクチュエータと流体連通するように構成された１つ以上の内腔と、
    前記バルブスライダー内に形成された１つ以上の溝であって、前記１つ以上の溝は、前記バルブハウジングの前記少なくとも２つのチャンバーと空気連通しており、前記１つ以上の溝の各々が、前記１つ以上の内腔の内の１つの内腔からの距離が増加すると、より狭くなり且つより浅くなる、１つ以上の溝とを備え、
    前記方法は、
    第一の力が加わる素子を、前記第一の力と反対の第二の力を前記素子に加える空気アクチュエータに対して接続する行程と、
    前記空気アクチュエータに対する空気の供給及び前記空気アクチュエータからの空気の供給を制御する前記比例式アクチュエータバルブを設ける行程とを有し、
    前記１つ以上の溝の空気流に対して開口している断面積は、前記素子に加わる前記第一の力の変化によって決定される、方法。
29. 比例式アクチュエータバルブを有する空気アクチュエータに対する圧力空気を調整する方法において、
    前記比例式アクチュエータバルブが、
    少なくとも２つのチャンバーを有するバルブハウジングと、
    前記バルブハウジング内で移動可能なバルブスライダーと、
    前記バルブスライダー内に形成され、前記空気アクチュエータと流体連通するように構成された１つ以上の内腔と、
    前記バルブハウジングの前記少なくとも２つのチャンバーと空気連通する１つ以上の溝であって、前記１つ以上の溝の各々が、前記１つ以上の内腔の内の１つの内腔からの距離が増加すると、より狭くなり且つより浅くなる、１つ以上の溝とを備え、
    前記方法は、
    第一の力が加わる素子を、前記第一の力と反対の第二の力を前記素子に加える空気アクチュエータに対して接続する行程と、
    前記空気アクチュエータに対する空気の供給及び前記空気アクチュエータからの空気の供給を制御する前記比例式アクチュエータバルブを設ける行程とを有し、
    前記１つ以上の溝の空気流に対して開口している断面積は、前記素子に加わる前記第一の力の変化によって決定される、方法。
30. 前記バルブハウジングは、前記素子に接続されている、請求項２８又は２９に記載の方法。
31. 更に、レバーシステムを使用して、前記比例式アクチュエータバルブを前記素子に接続する行程を有する、請求項２８又は２９に記載の方法。
32. 前記比例式アクチュエータバルブは、前記素子のストロークとは異なる変位を有する異なるストロークを有する、請求項３１に記載の方法。
33. 前記比例式アクチュエータバルブは、前記素子のストロークとは異なる方向のストロークを有する、請求項３１に記載の方法。
34. 更に、前記バルブスライダーに１つ以上の内腔を形成して前記アクチュエータと連通させ、前記１つ以上の内腔からの距離が増加すると、１つ以上の溝の断面積が減少するような形状を有する前記１つ以上の溝を形成する行程を有する、請求項２８又は２９に記載の方法。
35. 更に、前記比例式アクチュエータバルブにより前記アクチュエータに供給される空気の割合が、前記比例式アクチュエータバルブのストロークが増加すると、増加するように、前記１つ以上の溝を配置する行程を有する、請求項２８又は２９に記載の方法。
36. 比例式アクチュエータバルブ（１１０）において、
    少なくとも２つのチャンバー（３２４，３２５）を有するバルブハウジング（１１２）と、
    前記バルブハウジング（１１２）内で移動可能なバルブスライダー（１１３）と、
    前記バルブスライダー（１１３）内に形成され、アクチュエータ（１００）と流体連通するように構成された１つ以上の内腔（３２７，３２８）と、
    前記バルブスライダー（１１３）内に形成された１つ以上の溝（３２９）であって、前記１つ以上の溝（３２９）は、前記バルブハウジング（１１２）の前記少なくとも２つのチャンバー（３２４，３２５）及び前記１つ以上の内腔（３２７，３２８）と空気連通しており、前記１つ以上の溝（３２９）の各々は、前記１つ以上の内腔（３２７，３２８）の内の１つの内腔からの距離が増加すると、より狭くなり且つより浅くなる、１つ以上の溝（３２９）とを備える、比例式アクチュエータバルブ（１１０）。
37. 前記バルブハウジング（１１２）は、少なくとも３つのチャンバー（３２４，３２５，３２６）を備える、請求項３６に記載の比例式アクチュエータバルブ（１１０）。
38. 前記チャンバー（３２４，３２５，３２６）の少なくとも１つには、圧力が充当されている、請求項３６又は３７に記載の比例式アクチュエータバルブ（１１０）。
39. 前記チャンバー（３２４，３２５，３２６）の少なくとも１つの空気は、前記比例式アクチュエータバルブ（１１０）の外側に排される、請求項３６又は３７に記載の比例式アクチュエータバルブ（１１０）。

Images