JPH0239049Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案はノズル・フラツパを利用し、デイジタ
ル信号を入力とする流体圧制御弁において、入力
信号が断たれたときにデイジタル信号によつて動
くデイジタル回転手段を原点に復帰する機構を備
えたデイジタル回転入力形流体圧制御弁に関す
る。

［従来の技術］ 従来のノズル・フラツパを利用する流体圧制御
弁は入力電流と変位出力を利用するアナログ形の
フラツパー位置制御機構、例えばトルクモータや
フオースモータに駆動されるフラツパーに制御弁
のスプールを追従させるものであつた。すなわち
フラツパーは支点を中心として例えばトルクモー
タへの電流の正、負及び大きさに比例して左右に
位置決めされるものであつた。

以下、第１図によつて説明する。同図は従来の
アナログ形流体圧制御弁の縦方向断面説明図であ
る。図において本体１内に設けられたシリンダ孔
２内をスプール３が軸方向に摺動自在に嵌挿さ
れ、スプール３の一端に小面積のシリンダ室６を
形成する太いロツド４を設け、一方他端に大面積
のシリンダ室７を形成する細いロツド５を本体１
内に設けられたドレン孔１０ａを有するドレン室
１０内に突出させ、ロツド５の先端には内部通路
５ａ及び孔５ｂにより大面積のシリンダ室７に連
がるノズル５ｃをフラツパー３１の表面により追
従開閉させると共に、小面積のシリンダ室６に通
路８を介して圧力流体を導き、更に該圧力流体を
絞り９ａを含む通路９を通じて大面積のシリンダ
室７に導いている。本体１には流体の出力口ポー
トＡ，Ｂ、流体供給口のポートＰを設け、スプー
ル３にはランド３ａが流体供給口のポートＰの２
ａ部分に一致する位置を原点位置として設けら
れ、ランド３ａと左右に出力口ポートＡとＢとを
もつ油室をそれぞれ形成するように左、右のラン
ドが設けられる。ドレン室１０にはアナログ形の
フラツパー位置制御機構３０が設けられ、フラツ
パー３１は支点３３を中心としてコイル３２の電
流の正負及び大きさに比例して図に示すように
左、右に位置決めされる。そしてスプール３は該
フラツパー３１の位置に追従して位置決めされ
る。

［考案が解決しようとする課題］ しかしながら、このようなアナログ形のフラツ
パー位置制御機構は電磁材料にもとづくヒステリ
シス現象があり、同一電流値に対しても増加する
ときと減少するときではフラツパー位置にくい違
いが発生し、位置精度を低下させる原因となると
いう欠点があつた。また大きなスプールストロー
クを得るためにはフラツパーの位置変位を大きく
取るためにフラツパーの支点から先端までの長さ
を大きくする必要があり、さらにノズルの流体圧
によるフラツパーの対抗トルクが大きくなり、従
つて弁の構造は全体として大型とならざるを得な
いという不都合があつた。

このような従来の流体圧制御弁は前述のように
スプールの位置決め精度が低く、弁が大型にな
り、フラツパーの寿命が短いという欠点があつ
た。

さらに、デイジタル回転入力形としてステツピ
ングモータを用いた場合、電気ノイズパルスまた
は油圧系で瞬間的な圧力ダウン等の影響により位
置制御に狂いが生じ、デイジタル入力方式特有の
累積誤差を生じないように一動作毎に原点に戻す
必要があるときは、エンコーダや原点センサ等の
検出機構を用いてステツピングモータを逆転しな
ければならないという問題をも有する。

［考案の目的］ 本考案は電気アクチユエータにデイジタル信号
で極めて正確に歩進的に回転するデイジタル回転
手段例えばステツピングモータを用い、しかも小
トルクの小型デイジタル回転入力手段であつても
大きな力で広範囲なストロークにわたつて正確な
スプールの位置決めの高精度制御が可能でかつ停
電や非常停止などにもステツピングモータを消磁
することにより速やかに正確に原点に復帰するこ
とができるデイジタル回転入力形流体圧制御を提
供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ そこで本考案は本体内のシリンダ孔内を摺動す
るスプール３を設け、該スプール３の一端に圧力
流体を作用させる小面積の油室６′を設ける一方、
他端に大面積のシリンダ室７を設け、前記スプー
ル３の大面積側にロツド５を設けて前記本体内の
ドレン孔１０ａを付けたドレン室に突出させて、
前記ロツド５の先端に前記スプールの大面積側の
シリンダ室７に連がるノズル５ｃを設け、該ノズ
ルをデイジタル信号によつて動く回転手段により
回動する偏心カム板１１を設け、該偏心カム板の
外周面で追従開閉させ、前記圧力流体を絞り９ａ
を介して前記大面積側のシリンダ室７に導くとと
もに、前記のデイジタル回転手段の励磁を解除す
ることによつて原点位置に復帰させる向きのスプ
リングによる原点復帰機構を設けるようにしたも
のである。

［作用］ そのため、デイジタル入力信号により、ヒステ
リシス、再現性、直線性においてトルクモータに
比して格別の性能のよい回転手段としてのステツ
ピングモータを作動させて回転自在の偏心カム板
の回転角を充分利用し、ノズルとフラツパおよび
絞り９ａと小面積側の油室６′と大面積側のシリ
ンダ室７との面積比を有効に活かすようにして充
分に増幅された大きな力でスプール３を大きなス
トローク範囲にわたり精度の高い流体圧の制御が
できるようにするとともに、停電や非常停止また
は電気ノイズが発生して駆動装置が誤動作した場
合などには不可欠なエンコーダ等の検出機構を用
いることなくステツピングモータを消磁すること
により速やかにかつ正確に原点に復帰させ、何時
でも正常に作動する。

［考案の実施例］ 第２図は本考案になる弁の一実施例を示す縦方
向断面説明図、第３図は第２図の−断面の一
部説明図、第４図は第３図の−断面説明図で
ある。第２図において第１図と同一物品は同符号
で示し説明を省略する。第１図に記載の小面積の
シリンダ室６は第１図の通路８から切り離してド
レーン口１０ｂに接続し、ロツド４の端面と本体
１とのなす油室６′（ロツド４の径によつてスプ
ールの径とは単独に任意の面積となし得る）に通
路８を介して流体圧を作用させる。前記細いロツ
ド５の先端には、内部通路５ａ及び孔５ｂにより
大面積のシリンダ室７に連がるノズル５ｃを設
け、これを偏心カム板１１の外周面１１ａに追従
開閉させる。

次に偏心カム板１１とデイジタル回転入力手段
であるデイジタル信号で動くステツピングモータ
１５との接続を第３図と第４図について説明す
る。偏心カム板１１の軸１２は本体１の外部に突
出し、外周にギヤー１３ａを設けた接手１３によ
り本体１に固定された支持枠１６に載つたステツ
ピングモータ１５の軸１５ａに接続され、更に接
手１３のギヤー１３ａは第４図のようにセンタリ
ング機構４０のラツク棒４１に噛み合つている。
ラツク棒４１にはワツシヤ４２，４３及びスプリ
ング４４，４５にて常に中立状態にしようとする
力が働いている。即ちステツピングモータを消磁
し、保持力をなくするとこの機構により、原点状
態に戻される。そしてこの時偏心カム板１１の外
周面１１ａ（フラツパー）に追従しているスプー
ル３は、第２図の状態であり、供給口ポートＰと
出力口ポートＡ，Ｂの間の連通を等しくしや断し
ている。

以上のような構成であるからステツピングモー
タ１５にデイジタル信号が入つて回転すると軸１
５ａ、接手１３、軸１２と回転が伝達される。今
もし軸１２が第２図において半時計方向にθbか
らθcへ回転すると偏心カム板１１の外周面１１ａ
はScへと移動して第２図及び第３図におけるノ
ズル５ｃに近づく。ところが前述のようにノズル
５ｃの手前には絞り９ａを介して圧力流体が供給
されているから、前記の外周面１１ａが近づくに
つれてノズル５ｃの手前の通路５ａ、孔５ｂ、シ
リンダ室７の圧力は次第に高くなつてスプール３
を左方向に押す力が増加する。一方油室６′にも
圧力流体が導かれていてスプール３を常に右方向
に押しているが、通常、シリンダ室７側の面積の
方が油室６′側の面積よりも大きく、例えば約２
倍あるからノズル５ｃの先端と外周面１１ａとの
間のすき間が或る値、すなわち第３図におけるす
き間Ｘになると前記の左右方向に押す力が釣り合
い、そのためにすき間がＸより小さくなるとシリ
ンダ室７の圧力は更に高くなつてスプール３を左
方向に増幅された大きな力で移動し、すき間がＸ
になつたところで左右方向の力が釣り合つて止ま
る。また軸１２が時計方向に回転してすき間Ｘの
値が大きくなると絞り９ａの働きによりシリンダ
室７の圧力が下がるから油室６′に働く流体圧に
よりスプール３は右方向に増幅された大きな力で
移動し、すき間がＸになつたところで左右方向の
力が釣り合つて止まる。つまりノズル５ｃから左
の部分は偏心カム板１１の外周面１１ａとの間の
すき間をＸに保ちながら流体圧力により力増幅さ
れて追従する装置であるから偏心カム板１１をス
テツピングモータ１５により正確に動かしてやれ
ば別に大きなトルクで回す必要はなく、前記の力
増幅追従装置により前記のすき間Ｘを保ちながら
強力かつ正確にスプール３の位置を広い範囲にわ
たつてデイジタル的に決めることができる。

第５図は他のリセツト機構の一部説明図、第６
図は第５図の−断面説明図である。

偏心カム板１１とデイジタル回転入力手段であ
るデイジタル信号で働くステツピングモータ１５
との接続を第５図と第６図で説明する。第５図に
おいて接手１３′にはストツパーピン１４を第６
図のように下方に突出させて、本体１′に固定さ
れたピン１７，１８と共に軸１２の回転角度位置
θaからθc間の作動角度範囲を規制する。さらに
θbの位置を原点とするとストツパーピン１４が
ステツピングモータ１５の励磁解除の時にピン１
７に接触して停止するようにストツパーピン１４
の先端付近と支持枠１６′に設けられた突起１
６′ａとの間に引張ばね２２が設けられている。

以上のような構成であるからデイジタル信号が
入つてステツピングモータ１５が回転すると軸１
５ａ、接手１３′、および軸１２へと回転が伝達
される。

なお、実施例ではステツピングモータ軸１５ａ
と軸１２が直結されているが、歯車結合などで増
速又は減速を行なえば分解能の選定が自由になる
ことは勿論である。また、スプール３の両側の面
積すなわちシリンダ室７と油室６′との軸直角方
向の断面積比は２：１にするのが制御しやすく一
般的であるが、必ずしもこの比が２：１でなくて
も動作可能である。

なお、原点復帰に関しては前に簡単に述べたが
一般のデイジタル入力手段を用いたデイジタル回
転入力形流体圧制御弁でばねと機械的ストツパ機
構により簡単かつ自動的に原点復帰できるわけで
あるが、実際には回転入力手段として４相で1.8゜
ステツプのステツピングモータを使用した場合を
例にとると４個のコイルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを順序立
てて励磁していくことによつて200ステツプで１
回転360゜が得られる。従つて原点復帰状態の励磁
コイルをＡとすればＡコイルの励磁状態は一回転
中に50点もある。そこで本考案のものはＡコイル
を励磁した本来の原点復帰位置間近にばねとスト
ツパーにより機械的にステツピングモータを戻す
わけであり、後でＡコイルを励磁してやれば簡単
に本来の原点位置に復帰させることができるとい
う長所がある。

なお、原点位置は第２図においてθb第６図に
おけるθaとして説明したが、同様にしてθcの位
置でも可能なことは勿論であるが、第６図の場合
でもθbのような中間の位置でも２つのばねの力
を釣り合わすことによる方法も可能である。

なお、前記例では、ステツピングモータに関し
ては消磁にて原点リセツトが行なわれ、流体圧力
が供給される限り、スプールも中立あるいは原点
に戻ることができる。

［考案の効果］ 本考案は以上のように構成され機能するので、
小電力形ステツピングモータによるデイジタル回
転形入力手段によつても、ノズルの適切な寸法形
状の偏心カム板よりなるフラツパおよびスプール
の両端に小面積側の油室と大面積側のシリンダ室
を設けこのシリンダ室には絞り９ａを介して圧力
流体を作用せしめるようにしたので、偏心カム板
の変位とともにスプールは増幅されて大きな力で
広範囲にストロークされ、しかも直線性のよい高
精度の制御が得られるようになつた。

しかも、上述したようにデイジタル入力信号形
流体制御弁における特有の課題である誤動作等に
よる誤差の累積問題においても、本考案による原
点復帰機構を設けるだけでステツピングモータを
励磁を解除する毎に原点位置にステツピングモー
タを自動的に戻すことができるようになされるデ
イジタル回転入力形流体圧制御弁を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のアナログ形流体圧制御弁の縦方
向断面説明図、第２図は本考案になる弁の一実施
例を示す縦方向断面説明図、第３図は第２図の
−断面の一部説明図、第４図は第３図の−
断面説明図、第５図は他のリセツト機構の一部説
明図、第６図は第５図の−断面説明図であ
る。 １……本体、２……シリンダ孔、３……スプー
ル、４と５……ロツド、５ｃ……ノズル、６′…
…小面積の油室、７……大面積のシリンダ室、８
と９……通路、９a′……絞り、１０……ドレン
室、３１……フラツパー、１１……偏心カム板、
１２……軸、１３……接手、１４……ストツパー
ピン、１５……ステツピングモータ、１６……支
持枠、１７と１８……ピン、４０……センタリン
グ機構。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 本体内のシリンダ孔内を摺動するスプール３を
   設け、該スプール３の一端に圧力流体を作用させ
   る小面積の油室６′を設ける一方、他端に大面積
   のシリンダ室７を設け、前記スプール３の大面積
   側にロツド５を設けて前記本体１内のドレン孔１
   ０ａを付けたドレン室に突出させて、前記ロツド
   の先端に前記スプールの大面積側のシリンダ室に
   連がるノズル５ｃを設け、該ノズルをデイジタル
   信号によつて動くステツピングモータにより回動
   する偏心カム板１１を設け、該偏心カム板の外周
   面で追従開閉させ前記圧力流体を絞り９ａを介し
   て前記大面積側のシリンダ室７に導くと共に、前
   記ステツピングモータの励磁を解除することによ
   つて原点位置に復帰させる向きのスプリングによ
   り前記ステツピングモータを原点復帰位置に戻す
   原点復帰機構を設けたことを特徴とするデイジタ
   ル回転入力形流体圧制御弁。